(57)【要約】本発明は、高繰返し率高出力出力ビーム（３８）を生成するモジュール式高繰返し率紫外線ガス放電レーザシステム（図１Ｂ）のための長寿命光学部品を提供する。本発明は、試作レーザシステムの出力ビーム（１４Ｃ）の高パルス強度部分（１０）（２６）に位置するＣａＦ2光学部品（４２６０）（４２２）（４２４）（４２６）上での、本出願人が発見した表面損傷の問題に対する種々の解決策を含む。本実施形態は、何十億の出力レーザパルス（３８）のビーム伝達のビーム照準制御（４０Ａ）（４０Ｂ）（６）を有する封入部（４）及びパージ処理ビーム経路（１４Ｃ）を含む。本明細書で説明する光学部品及びモジュールは、何十億ものパルス（１４Ａ）に対して、２００ｎｍを下回る波長、１．７５×１０6ワット／ｃｍ2を上回る平均出力パルス強度、及び３．５×１０6ワット／ｃｍ2を上回るピーク強度をもつ紫外線レーザ出力パルスを制御できるが、従来技術による構成部品及びモジュールでは、このパルス強度ではわずか数分後に故障してしまう。
2005524998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造ラインマシンのためのモジュール式高フルエンス高繰返し率紫外線レーザシステムであって、
Ａ）１）ａ）第１のレーザガスと、
ｂ）放電領域を形成する、細長い間隔をあけて設けられた第１の電極対と、
を含む第１の放電室、
２）少なくとも２，０００パルス／秒の範囲の繰返し率で作動する際に、各パルスの後で、放電によって生成された実質的に全てのイオンを、次のパルスの前に前記第１の放電領域から除去するために、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生成するためのガス循環手段、
３）前記第１のレーザガスからレーザガス温度を所望の範囲内に維持するために熱エネルギーを除去することができる熱交換器システム、
４）前記放電領域の直下流の位置で１０ｍＪを上回るパルスエネルギー及び１×１０-6ワット／ｃｍ2を上回る平均パルス強度を生成するのに十分な電気パルスを、前記第１の電極対に供給するパルス出力システム、を備える２００ｎｍ未満の波長で紫外線レーザ光を生成するためのレーザ源と、
Ｂ）パルスエネルギー密度を２５×１０-6Ｊ／ｃｍ3未満に低減するための少なくとも１つの結晶フッ素光学部品を有するパルスエネルギー密度低減光学部品と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記パルス出力システムは、１５ｍＪを超えるレーザパルス平均パルスエネルギーを生成するのに十分な電気パルスを供給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３】
前記放電領域の直下流の前記レーザパルスは、１．８×１０6ワット／ｃｍ2を上回る平均パルス強度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４】
前記放電領域の直下流の前記レーザパルスは、２．７５×１０6ワット／ｃｍ2を上回る平均パルス強度を有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記放電領域の直下流の前記レーザパルスのパルス出力は、７．５×１０5ワット／ｃｍ2を超えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの結晶フッ素光学部品は、各々がフッ化カルシウムで構成された複数の光学部品であ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】
前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、フッ素ガスを含む封入室に封じ込まれた少なくとも１つの結晶フッ素光学部品を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記封入室は、前記第１の放電室であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
拡張器は、前記第１の放電室下流の下流側封入室に封じ込まれることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの結晶フッ素光学部品は、少なくとも１つのプリズムビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フッ素ガスは、ガス混合体であり、前記混合体の０．１パーセント未満を占めることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記フッ素ガスは、前記混合体の４ｐｐｍ未満を占めることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記フッ素ガスは、前記混合体の０．８ｐｐｍ未満を占めることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、パルス伸張器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の放電領域において増幅用シード光を生成するための、第２の放電室及び光学部品を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記下流側封入室は、フッ素を含むパージガスでパージされることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記フッ素は、Ｆ2ガスの形態であ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】
前記フッ素は、フッ素を含むガス分子化合物の形態であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記分子化合物は、ＮＨ4Ｆ．ＨＦ、ＳＦ6、ＣＣｌ3Ｆ、Ｃ2Ｃ１2Ｆ4、ＳｉＦ4、ＳＦ4、ＮＦ3、及びＣＯＦ2から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記分子化合物は、ＳｉＦ4であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ＳｉＦ4は、ヘリウムと一緒に混合体に含有され、前記ＳｉＦ4濃度は、１．０ｐｐｍ又はそれ以上であることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記結晶フッ素光学部品は、強い紫外線レーザパルスによって引き起こされる表面損傷を防ぐための保護被覆を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記被覆は、トラップされたフッ素原子を含むことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記被覆は、酸化フッ素珪素から成ることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記結晶フッ素光学部品は、第１の面がフッ素ガスに晒され、第２の表面はフッ素ガスに晒されず、前記保護被覆は、前記第２の表面に施され、前記第１の面には施されないことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記結晶フッ素光学部品は、ＭｇＦ2から成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの結晶フッ素光学部品は、レーザチャンバ窓ハウジング内に配置されているＣａＦ2プリズムビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記プリズムビーム拡張器は、第１のプリズム及び第２のプリズムを形成する２プリズムビーム拡張器であることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第２のプリズムは、窓ユニットの一部であり、前記第２のプリズムは、前記放電室の出力窓として機能することを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記パルスエネルギー密度低減光学部品は、前記第１の放電領域の第１の端部近傍に前記シード光を集束させるための光学部品を備え、前記放電領域を通って最終パスで増幅されながら拡張されるビームを生成するようになっていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１の放電室は、前記第１の放電領域の少なくとも２０ｃｍ下流に配置される出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備えることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第１の放電室は、前記第１の放電領域の約５５ｃｍ下流に配置される出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備えることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第１の放電領域は、前記細長い第１の電極対の間の中央位置に沿って配置される放電方向を有し、前記シード光は、前記第１の放電領域を通る２つのパスを成し、前記第１のパスは、前記放電方向に対して傾斜して交差する経路を有し、前記放電領域を通る前記最終パスは、前記放電方向に沿うことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の放電室は、下流面を形成するＣａＦ2出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備え、前記ユニットは、前記出力ビームの十分な自然拡散を可能にするように細長く、前記出力チャンバ窓の前記下流面上の表面損傷を防止するのに十分なように、前記パルスエネルギー密度を十分低減するために前記ビーム断面を大きくするようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの結晶フッ素光学部品は、前記窓の表面の法線が、前記第１の放電領域を出る前記レーザ光の方向に対して約７０°の角度を成すように配向されたＣａＦ2出力窓であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１の放電室は、下流面を形成するＭｇＦ2出力窓を有する細長い出力窓ユニットを備え、前記ユニットは、前記出力ビームの十分な自然拡散を可能にするように細長く、前記出力チャンバ窓の前記下流面上の表面損傷を防止するのに十分なように、前記パルスエネルギー密度を十分低減するために前記ビーム断面を大きくするようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記結晶フッ素光学部品は、表面損傷を防止するのに十分なように結晶表面上の欠陥及び粗度を小さくするために、研磨化合物、研磨力、及び研磨工具を使用して研磨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３８】
前記第１の室及び前記第２の室は、ＭＯＰＡレーザシステムを形成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記第１の室及び前記第２の室は、ＭＯＰＯレーザシステムを形成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、少なくとも１０ｍＪのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４１】
前記システムは、少なくとも１５ｍＪのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４２】
前記システムは、少なくとも３０ｍＪのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４３】
前記システムは、少なくとも４０ｍＪのエネルギーをもつパルスを生成するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４４】
出力パルスの持続時間を長くして伸張パルスを形成するパルス伸張器を更に備え、前記伸張パルスのＴＩＳは、前記第１の放電領域からの伸張不可能なパルスに比べて少なくとも２倍になっていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４５】
前記パルス伸張器は、前記伸張パルスの異なる部分の変動拡散を最小限に抑えるための集束手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項４６】
前記パルス伸張器は、ビーム分割器と、２つは集束ミラーであり２つは視準ミラーである４つミラーとを備えることを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記ビーム分割器は、入射レーザ光の約６０パーセントを反射するように被覆され配向されることを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記ビーム分割器は、ＣａＦ2から成ることを特徴とする請求項４５に記載のシステム。
【請求項４９】
前記ビーム分割器は、前面及び後面が主結晶立方面に対して平行にカットされ、前記ビーム分割器を通る全ての伝搬の方向が主結晶立方面に対して平行に配向されていることを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの結晶フッ素光学部品は、ビーム断面を４倍に拡大するための２プリズムＣａＦ2ビーム拡張器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５１】
少なくとも１つのＴＩＲプリズムと、少なくとも１つのＴＩＲビーム反転器を備えるリレー光学部品を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５２】
前記第１の放電室は電力増幅器であり、更に、前記電力増幅器の前記第１の放電領域を通る２つのパスの前記シード光を供給するためのリレー光学部品を備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項５３】
前記リレー光学部品は、少なくとも２つＴＩＲプリズム及び少なくとも１つのＴＩＲビーム反転器を備えることを特徴とする請求項５１に記載のシステム。
【請求項５４】
前記少なくとも２つＴＩＲプリズムの両方は、前記シード光の位置合わせのために、チップチルト調整が可能であることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記ＴＩＲプリズムの少なくとも１つは、入射ビームに対して約１°だけ傾動されることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項５６】
前記システムは、約１９３ｎｍの波長で作動するＡｒＦレーザシステムであり、前記第１のレーザガスは、アルゴン、フッ素、及び少なくとも１つのバッファガスを含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記システムは、約１５７ｎｍの波長で作動するフッ素レーザシステムであり、前記第１のレーザガスは、フッ素及びバッファガスを含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項５８】
製造ラインマシンのビーム入力ポートまでの封入ビーム経路を有するビーム伝達ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５９】
前記製造ラインマシンは、集積回路製造ラインの一部であるリソグラフィマシンであることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記製造ラインマシンは、スキャナマシンであることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ビーム伝達ユニットは、チップチルトでもってミラー位置を制御するための制御装置を有する２つのビーム照準ミラーユニットを備えることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６２】
前記制御装置は、各々のミラーに対して少なくとも１つの圧電駆動ユニットを備えることを特徴とする請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記２つのビーム照準ミラーの各々のための前記制御装置は、ピコモータステアリングユニットを更に備えることを特徴とする請求項６１に記載のシステム。
【請求項６４】
前記圧電駆動ユニットの各々は、壁面にカットされた撓み部を有する金属ケーシング内に取り付けられることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項６５】
前記ビーム伝達ユニットは、前記製造ラインマシンの前記ビーム入力ポート近傍に配置されるビーム安定化モジュールを更に備え、前記ビーム安定化モジュールは、前記レーザ光の水平角、垂直角、水平位置、垂直位置を前記入力ポートの位置又は前記入力ポート近傍でモニタするための、少なくとも１つのフォトダイオードアレイを備えることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項６６】
前記少なくとも１つのフォトダイオードアレイは、４つの別個のフォトダイオードアレイであることを特徴とする請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記ビーム安定化モジュールからの信号は、前記ビーム照準ミラーユニットについての前記制御装置にフィードバック情報をもたらすことを特徴とする請求項６５に記載のシステム。 
【請求項６８】
前記レーザ光は、前記第１の放電室下流の全ての位置での偏光方向を規定し、前記パルス伸張器及び前記ビーム伝達ユニットの全てのミラーは、各々のミラーのＳ偏光方向が前記ミラーに入射する前記ビームの前記偏光方向に一致するように配向されることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６９】
前記システムは、少なくとも１つのＣａＦ2結晶窓カットを備え、レーザ光が＜１００＞、＜０１０＞、又は＜００１＞方向に沿って前記窓を横切るようになっており、前記窓は、偏光面が＜１００＞、＜０１０＞、又は＜００１＞方向の１つと平行であるようにクロックされていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７０】
前記第１の放電領域を出射する前記レーザ光を操作するために利用される全てのＣａＦ2及びＭｇＦ2光学部品は、取り付け前にクロック位置の関数としてその複屈折を決定するためにクロックされ、前記レーザ光の偏光回転が最小になるように選択された位置に取り付け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７１】
少なくとも１つのＴＩＲ回転プリズムと少なくとも１つのビーム反転プリズムとを更に備え、各々は、前記レーザ光が＜１００＞、＜０１０＞、又は＜００１＞方向の結晶軸に沿って２つの方向で前記少なくとも１つのＴＩＲ回転プリズム及びビーム反転プリズムの各々を横切るように配向されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７２】
前記ビーム分割器は、（１００）、（０１０）、（００１）結晶面に平行な前面及び後面カットを有するＣａＦ2であり、前記ビーム分割器は、前記ビーム分割器を横切るレーザ光の各々の部分の伝搬面が（１００）、（０１０）、又は（００１）結晶面に平行に前記ビーム分割器を横切るように配向されることを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
【請求項７３】
前記第２の放電室で生成されたレーザ光のスペクトル帯域幅を狭くするための線幅狭小化ユニットを更に備え、前記線幅狭小化ユニットは、多重プリズムビーム拡張器を備え、前記多重プリズムビーム拡張器内の各々のプリズムは、（１００）、（０１０）、又は（００１）結晶面の少なくとも１つの表面カットを備え、前記第２の放電室から線幅狭小化格子に向かって横切るレーザ光が前記（１００）、（０１０）、又は（００１）面に対してほぼ垂直にプリズムを出ていくように配向されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項７４】
前記第１の放電室は、最小の偏光回転をもたらすクロック位置を決定するためにクロックされる、ＣカットＭｇＦ2から成る窓を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７５】
少なくとも１つの単軸複屈折結晶プリズムを更に備え、前記プリズムのＣ軸は、前記入射ビーム方向が前記Ｃ軸と直交するように配向され、前記入射ビームの偏光状態は、前記プリズムの入射面に対してＰ−偏光又はＳ−偏光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７６】
高速水冷式シャッタ・エネルギー検出器モジュールを更に備え、前記モジュールは、検出器フィンを含む水冷式エネルギー検出器と、シャッタフィンを含む高速シャッタと、制御装置とを有し、前記制御装置は、
ａ）前記レーザ光のエネルギーをモニタするためにレーザ光の経路内に前記検出器を配置し、
ｂ）前記レーザ光を阻止するためにレーザ光の経路に前記シャッタを配置する、
ようになっており、前記シャッタフィンは、前記検出器と組み合わされて、前記シャッタから、前記検出器を冷却している冷却水への熱伝達をもたらすようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７７】
ほぼ一定のエネルギー出力を何十億のレーザパルスにわたって供給するために、レーザシステム耐用期間全体にわたってほぼ減少する低減度で、レーザシステム耐用期間の初期に前記レーザ光の出力エネルギーを実質的に低減するための減衰手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７８】
前記レーザシステムの出力ビームのパルスエネルギーを低減するために、前記レーザガスに意図的に追加された不純物を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７９】
前記密封されたビーム経路を１つ又はそれ以上のパージガスでパージするためのビーム経路パージシステムを更に備えることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項８０】
前記パージガスは、窒素を含むことを特徴とする請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
パージガスを排気して連続的なパージ超過気圧を保証するようになった逆止弁を備え、密封マニホールドにつながる複数の排気ラインを更に備えることを特徴とする請求項８０に記載のシステム。
【請求項８２】
前記パージ超過気圧を失うことなくビーム位置合わせを行うための位置合わせ手段を更に備えることを特徴とする請求項８０に記載のシステム。
【請求項８３】
レーザ光吸収材をモニタするためのビーム経路モニタを更に備えることを特徴とする請求項７９に記載のシステム。
【請求項８４】
レーザ光コヒーレンスを低減するためのビームプロファイルフリップ手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８５】
前記結晶フッ素光学部品の少なくとも１つは、ＵＶ劣化を受ける劣化性材料に接触する表面に施されるＵＶ遮光性保護被覆を備え、前記保護被覆は、前記劣化性材料をＵＶ照射から保護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８６】
前記保護被覆は、Ａｌ2Ｏ3、ＳＣＯ2から成るグループから選択され、前記劣化性材料は、エポキシ樹脂又はＯリングであることを特徴とする請求項８５に記載のシステム。
【請求項８７】
光学素子に取り付けられた熱電対を備える光学部品モニタを更に備え、前記光学部品の異常な温度上昇を検出することによって光学素子不良を検出するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００３年３月８日に出願された米国特許出願番号１０／３８４，９６７、２００２年８月３０日に出願された米国特許出願番号１０／２３３，２５３、２００２年５月７日に出願された米国特許出願番号１０／１４１，２１６、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願番号１０／０３６，６７６、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願番号１０／０３６，７２７、２００１年１１月２９日に出願された米国特許出願番号１０／００６，９１３、２００１年１１月１４日に出願された米国特許出願番号１０／０００，９９１、２００１年８月２９日に出願された米国特許出願番号０９／９４３，３４３、２００１年５月１１日に出願された米国特許出願番号０９／８５４，０９７、２００１年５月３日に出願された米国特許出願番号０９／８４８，０４３、２００１年４月９日に出願された米国特許出願番号０９／８２９，４７５、及び２００１年１月２９日に出願された米国特許出願番号０９／７７１，７８９（その特許の開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる）の優先権を請求するものであり、更に、２００３年２月７日に出願された米国特許出願番号６０／４４５，７１５、２００３年１月２８日に出願された米国特許出願番号６０／４４３，６７３、２００３年１月２４日に出願された米国特許出願番号６０／４４２，５７９、２００２年１１月１５日に出願された米国特許出願番号６０／４２６，８８８、及び２００２年９月２０日に出願された米国特許出願番号６０／４１２，３４９に基づく優先権を請求するものである。本発明は、高出力短パルス遠紫外線レーザ、特に、長寿命のサービスが可能なレーザに適する出力ビーム光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ガスレーザ
放電ガスレーザは周知であり、１９６０年代にレーザが発明された直後から利用可能になっている。２つの細長い電極間の高電圧放電は、レーザガスを励起してガス状利得媒質を生成する。レーザガスによってレーザの種類が決まる。クリプトン及びフッ素は、ＫｒＦレーザにおける活性ガスであり、アルゴン及びフッ素は、ＡｒＦレーザにおける活性ガスであり、フッ素は、Ｆ2レーザにおける活性ガスである。また、これらのレーザは、一般的にヘリウム及び／又はネオンなどのバッファガスを含む。利得媒質を含む空洞共振器は、光の誘導増幅を可能にし、その後、光は、レーザ光の形態で空洞から抽出される。これらの放電ガスレーザの多くは、パルスモードで作動される。
【０００３】
エキシマレーザ
エキシマレーザは、特定の形式の放電ガスレーザであり、１９７０年代半ばから知られている。集積回路リソグラフィ用紫外線光源として有用なエキシマレーザは、１９９１年６月１１日発行の米国特許第５，０２３，８８４号「小型エキシマレーザ」に説明されている。この特許は、本出願人の雇用主に譲渡されており、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されているエキシマレーザは、高繰返し率パルスレーザである。
【０００４】
これらのエキシマレーザは、集積回路リソグラフィに使用する場合、一般的に、時間当たり何千個もの高価な集積回路を「２４時間体制」で製造する集積回路製造ラインで稼働するので、休止時間は非常に不経済なものになり兼ねない。この理由で、構成部品の大半は、数分以内に交換可能なモジュールにまとめられている。一般的に、リソグラフィに使用されるエキシマレーザは、出力ビームの帯域を１ピコメートルまで狭くする必要がある。この「線幅狭小化」は、一般的に、レーザの空洞共振器の背部を形成する線幅狭小化モジュール（ＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザの場合「線幅狭小化パッケージ」又は「ＬＮＰ」と呼ぶ）において達成される（線幅選択ユニット「ＬＳＵ」はＦ2レーザにおいて狭スペクトル帯域幅を選択するために使用されることが多い）。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されている放電ガスレーザは、電気パルス出力システムを利用して２つの細長い電極間に放電を引き起こすようになっている。このような従来技術によるシステムにおいては、直流電源装置は、各々のパルスに関して、「充電コンデンサ」又は「Ｃ0」と呼ばれるコンデンサバンクを「充電電圧」と呼ばれる所定の制御電圧まで充電する。この充電電圧値は、従来技術による装置では約５００ボルトから１０００ボルトの範囲である。Ｃ0が所定電圧まで充電された後に、半導体スイッチを閉じると、Ｃ0に蓄積された電気エネルギーは、一連の磁気圧縮回路及び変成器を通って瞬時にリンギングされ、各電極の両端に約１６，０００ボルト（又はそれ以上）の範囲の高電圧電位が生じ、約２０ｎｓから５０ｎｍ持続する放電を引き起こすようになっている。
【０００５】
リソグラフィ光源の大きな進展
米国特許第５，０２３，８８４号に説明されているようなエキシマレーザは、１９８９年から現在までの間に集積回路リソグラフィ用の主要な光源になった。現在、１０００台以上のこれらのレーザが最新の集積回路製造工場で使用されている。これらのレーザのほとんど全ては、米国特許第５，０２３，８８４号に説明されている基本設計の特徴を有する。これは以下の通りである。
（１）各電極の両端に約１００パルスから４０００パルス／秒のパルス繰返し率で電気パルスを供給するための単一のパルス出力システム、
（２）部分反射ミラー形式の出力カプラと、プリズムビーム拡大器、調整ミラー及び格子から成る線幅狭小化ユニットで構成された単一の空洞共振器、
（３）レーザガス（ＫｒＦレーザの場合はクリプトン、フッ素、及びネオン、ＡｒＦの場合はアルゴン、フッ素、及びネオン）、放電領域によって隔てられた２つの細長い電極、及び各パルス間の放電領域をきれいにするのに十分な速度で２つの電極間でレーザガスを循環させるための横流ファンを含む単一の放電室、
（４）パルス間基準でパルスエネルギー、エネルギー線量、及び波長を制御するためのフィードバック制御システムを用いて、出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域幅をモニタするためのビームモニタ。
【０００６】
１９８９年から２００２年までの間に、これらのレーザの出力電力は徐々に大きくなり、パルスエネルギー安定性、波長安定性、及び帯域幅に関するビーム品質仕様もますます厳しくなってきている。集積回路製造で広く使用されている一般の２４８ｎｍＫｒＦリソグラフィレーザモデルの作動パラメータとしては、約８ｍＪのパルスエネルギー、２，５００パルス／秒のパルス繰返し率（最大約２０ワットまでの平均ビーム電力を供給）、約０．５ｐｍ半値全幅（ＦＷＦＭ）の帯域幅、及び±０．３５パーセントでのパルスエネルギー安定性等を挙げることができる。現在使用されている１９３ｎｍＡｒＦレーザシステムは、約５ｍＪのパルスエネルギーでもって４０００Ｈｚで作動する。ビームの断面積は約０．２７ｃｍ2なので、平均フルエンスは約１８．５ｍＪ／ｃｍ2、２０ｎｓパルスの時間平均パルス強度は約１×１０6ワット／ｃｍ2である。一般に、ＣａＦ2光学素子は、出力ビームを制御するために窓、ビーム分割器に使用される。
【０００７】
シード光注入
放電ガスレーザ（エキシマレーザシステムを含む）の帯域幅を狭くするための公知の技術では、比較的にエネルギーが少ない狭帯域「シード」光が増幅のために利得媒質に注入される。これらのシステムの一例として、「主発振器」と呼ばれるシード光を生成するレーザは、比較的に低いパルスエネルギーでもって第１の利得媒質内に超狭帯域光を生成するように設計され、この超狭帯域光は、第２の利得媒質内でシード光として使用される。第２の利得媒質が電力増幅器として機能する場合、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の利得媒質自体が空洞共振器（この中でレーザ発振が生じる）を有する場合、このシステムは、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、この場合、シードレーザを主発振器と呼び、下流側システムを電力発振器と呼ぶ。２つの別個のシステムで構成されたレーザシステムは、製作して運転する上で、同程度の単一室レーザシステムよりもかなり高価で、大型かつ複雑になる傾向がある。従って、製造ライン用途においてこれらの２室レーザシステムの商業的用途は限られている。
【０００８】
リソグラフィマシンの光源からの隔離
集積回路製造の場合、リソグラフィマシンは、一般にリソグラフィレーザ光源から間隔をあけて設置される。その間隔は、一般に２メートルから２０メートルである。レーザとリソグラフィマシンとは、別個の部屋に設置される場合もある。一般的にはレーザはリソグラフィマシンよりも１つ下のフロアの部屋に設置される。レーザ光は、ＫｒＦレーザの場合は約２４８ｎｍ、ＡｒＦレーザの場合は１９３ｎｍ、Ｆ2レーザの場合は１５７ｎｍの波長の紫外線である。特に、ＡｒＦレーザ及びＦ2レーザの波長が短い紫外線は酸素に吸収されるので、レーザとリソグラフィマシンとの間のレーザ光経路をエンクロージャで取り囲み、エンクロージャを空気よりもビーム減衰がはるかに少ない窒素等のガスでパージする技術が知られている。また、エンクロージャ内には、レーザ光をリソグラフィマシンの所望のビーム入口ポートに導き、断面プロファイルの変更といったビームに必要とされる任意の変更行うためのミラー及びレンズを含む、種々の光学部品が収容される。レーザ光をレーザシステムからリソグラフィマシンへ伝達する装置は、ビーム伝達ユニット、略して「ＢＤＵ」と呼ぶ。これまで、一般にＢＤＵはレーザ光源とは別個に設計され供給されている。
【０００９】
パルス強度、及びパルスエネルギー密度、パルスエネルギー、パルスフルエンス、パルス出力
ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、及びＦ2レーザによって生成される紫外線を伝達可能な光学素子として利用可能な材料はわずかである。レーザ光の出力パルスエネルギーが増加して紫外線の周波数が高くなるにつれて、何十億ものパルスに対して高い性能をもつ光学部品（窓プリズム及びビーム分割器等の）を設けることが難しくなる。２４８ｎｍで作動するＫｒＦレーザの場合、光学部品として溶融石英が広く使用されている。１９９０年代の半ばから後半にかけて、１９３ｎｍで作動するＡｒＦレーザが２４８ｎｍＫｒＦレーザに取って代わり始め、ＣａＦ2光学部品が溶融石英光学部品に取って代わり、現在では、新しいレーザリソグラフィ光源に使用されている屈折性光学部品の大半はＣａＦ2光学部品である。ＡｒＦレーザの典型的な最大出力パルスは約５ｍＪのパルスエネルギーを有し、断面は約３ｍｍ×９ｍｍ（即ち、０．２７ｃｍ2）である。光の速度において約２５ｎｓの典型的なビームの有効パルス持続時間（後述するように積分２乗パルス持続時間ｔLSと呼ぶ）は約７５００ｍｍ長のパルスに対応する。この例に関連して、潜在的な光学部品への損傷に関して重要な（本明細書及び本出願の特許請求項の範囲のための）幾つかの技術的な語句を例示的に定義する。
【００１０】
上記の例における「パルスエネルギー」は５ｍＪである。「パルスフルエンス」は、１８．５ｍＪ／ｃｍ2（即ち、５ｍＪ／３ｍｍ×９ｍｍ）となる。「パルス出力」は、０．２×１０6（即ち、５ｍＪ／２５×１０-9秒）となる。「平均パルス強度」又は「パルス強度」は、０．７４×１０6ワット／ｃｍ2、即ち、（１８．５ｍＪ／ｃｍ2）／（２５×１０-9秒）となる。「パルスエネルギー密度」は、２５×１０-6Ｊ／ｃｍ3（即ち、１８．５ｍＪ／３ｍｍ×９ｍｍ×７５００ｍｍ）となる。パルスエネルギー密度を説明する別の技術は、１８．５ｍＪ／ｃｍパルスをｔLSパルス持続時間２５ｎｓで除算することであり、０．７４×１０6×Ｊ／ｃｍ2−ｓが得られる。次に、この数値を光の速度で除算すると２５×１０-6Ｊ／ｃｍ3となる。
【００１１】
また、１９３ｎｍ光子のエネルギーは約１×１０-18であることが分かっているので、パルス光子密度又は「平均パルス光子密度」を言及することができる。従って、これらの従来技術による５ｍＪ、２５ｎｓ、３ｍｍ×９ｍｍパルスにおいては、光子密度又は平均パルス光子密度は約９１×１０12光子／ｃｍ3である。パルス内の空間的変動及び一時的変動のために、パルス強度、パルスエネルギー密度、及び光子密度の「ピーク」値は、「平均値」の少なくとも約２倍から４倍である。従来技術によるＡｒＦレーザの場合、ＣａＦ2光学部品は、平均約２０ｍＪ／ｃｍ2から４４ｍＪ／ｃｍ2までのビームフルエンスを問題なく操作してきた。
【００１２】
ＣａＦ2光学部品−表面被覆
被覆されていない高品質のＣａＦ2石英光学素子は、実質的に劣化することなく何十億ものパルスに対してこれらの出力パルスで作動できる。レーザ光を操作するためにＣａＦ2光学素子の表面に被覆を施すことができる。例えば、表面反射を低減するため又は表面反射を増やすために、又はビーム内の偏光に基づいてビームを分割するために、１つ又はそれ以上の薄層を施すことができる。従来これらの被覆層に使用されている利用可能な材料（Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、ＡｌＦ3、ＧｄＦ3及びＬａＦ3など）の大半は、前述の何十億もの非常に高い出力パルスには耐えられないであろう。
【００１３】
最近、例えば反射を低減することによってレーザ光を操作するための、又は偏光ビーム分割器をもたらすための特殊な被覆材が、コーニング社（米国ニューヨーク州コーニング）によって開発されている。この被覆は、酸化フッ素珪素で構成され、米国特許第６，４６６，３６５号に開示されている幾つかの技術の１つを使用してＣａＦ2光学部品に対する処理膜として塗布されており、この特許の開示内容全体は引用により本明細書に組み込まれている。この特許の教示内容によれば、酸化フッ素珪素はＣａＦ2よりも硬度が高く、ＣａＦ2が含水性であるのに対して非含水性なので、この酸化フッ素珪素被覆は、下地のＣａＦ2材を引っかき及び湿度損傷から保護するための保護被覆としても機能する。
【００１４】
従来技術のパルスエネルギーの約２倍又は３倍のパルスエネルギーを有する出力ビームを供給可能な１９３ｎｍＡｒＦレーザ及び１５７ｎｍＦ2リソグラフィレーザに対するニーズ、及び出力ビームを次世代のリソグラフィ設備に導くための光学素子に対するニーズがある。平均エネルギーが約１５ｍＪ／パルス（０．２７ｃｍ2の断面積において）の２０ｎｓパルス等のパルスは、数倍のパルスフルエンスのピーク値及び約２．８×１０６Ｗ／ｃｍ2のパルス強度をもつレーザ出力において、約５６ｍＪ／ｃｍ2の平均パルスフルエンスを発生する。これらのレーザの光学機器の寿命仕様は、少なくとも数十億パルスの範囲である。
【００１５】
２００ｎｍ未満の波長で２．８×１０６Ｗ／ｃｍ2を上回る平均パルス強度を有する紫外線レーザパルスを発生し、何十億ものパルスに対して２０００パルス／秒を上回るパルス繰返し率で故障することなく作動するが、リソグラフィマシンに必要なレーザ光品質パラメータ（波長、帯域幅、パルスエネルギー、ビーム照準角、ビーム位置、及び断面プロファイルを含む）を維持又は向上させる能力をもつパルスガス放電レーザの優れたレーザ設計が必要とされる。関連する要件は、レーザ光をレーザ出力からリソグラフィマシンの入口ポートに伝達するための長寿命構成部品である。
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，０２３，８８４号公報
【特許文献２】米国特許第６，４６６，３６５号公報
【発明の開示】
【００１７】
本発明は、高繰返し率で高出力の出力ビームを生成するモジュール式高繰返し率紫外線ガス放電レーザシステム用の長寿命光学部品を提供する。本発明は、試作レーザシステムの出力ビームの高パルス強度部分に配置されたＣａＦ2光学部品に関して本出願人が発見した表面損傷の問題に対する種々の解決策を含む。実施形態は、何十億もの出力レーザパルスのビーム伝達のビーム照準制御を伴う密閉パージ式ビーム経路を含む。本明細書で説明する光学部品及びモジュールは、以下のパルス強度ではわずか数分で故障した従来技術による構成部品及びモジュールに比べて、何十億ものパルスに対して、２００ｎｍ未満の波長、１．７５×１０6ワット／ｃｍ2以上の平均出力パルス強度、及び３．５×１０6ワット／ｃｍ2以上のピーク強度をもつ紫外線レーザ出力パルスを制御することができる。光学部品の損傷の可能性を最小限に抑え、パルスエネルギー密度を１００×１０-6Ｊ／ｃｍ3未満に低減するための技術及び構成部品が開示される。本明細書で説明する重要な改良点は、以下の主題カテゴリー、即ち、（１）本出願人が発見したＣａＦ2表面損傷の解決策、（２）高出力ＡｒＦ  ＭＯＰＡレーザシステムの説明、（３）ビーム伝達ユニットの説明、（４）偏光に関する検討、（５）高速水冷式自動シャッタ・エネルギー検出モジュール、及び（６）その他の改良点にまとめられている。
【００１８】
ＣａＦ2表面損傷に関する問題点及び解決策
本出願人は、最大約３００ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスにて２０ｎｓＡｒＦレーザパルスでもってＣａＦ2光学部品を試験し、約４４ｍＪ／ｃｍ2から２６０ｍＪ／ｃｍ2までの範囲の平均フルエンスでは、ＣａＦ2光学部品（光学環境の非常に高品質な制御を行っても）の前面、後面の両方は、わずか数分又は数時間のレーザ運転で破壊されることを発見した。このことは、ＣａＦ2光学部品は、約１６ｍＪ／ｃｍ2未満のフルエンスでは何十億ものパルスに対してうまく機能することから大きな驚きであった。本出願人は、この破壊の原因が高強度紫外線パルスによって引き起こされるＣａＦ2結晶面からのフッ素除去に起因すると考えている。本出願人は、２つの光子の結合エネルギーがフッ素原子をＣａＦ2結晶構造の表面から取り除くのには十分である、多重光子プロセスとして知られているプロセスに起因すると推測している。本出願人は、個別に又は組み合わせて利用できるこの問題点に対する幾つかの解決策を考えた。これらの解決策は、表面損傷が紫外線パルスによるフッ素除去の結果として生じるという本出願人の重要な発見に起因している。
【００１９】
従って、ＣａＦ2表面損傷を回避する第１の好適な技術は、潜在的に危険な状態にある全ての光学部品の光学面においてＦ2ガス含有環境を実現することである。本出願人による実験の結果、これによって表面破壊がなくなることがわかっている。本出願人は、フッ素原子又は分子が（１）構成部品の表面に集まり保護層を形成し、光学部品のＣａＦ2結晶面の一部を形成するフッ素原子の破壊を防止する、及び／又は（２）表面から除去されたフッ素原子に素早く置き換わると推測している。
【００２０】
第２の好適な解決策は、放電領域を通る最終パスに関する電力増幅器放電領域の上流側エッジの近傍にシード光を集束させることである。従って、シード光は、ＰＡを通る最終パスで増幅されるので断面が大きくなり、放電領域を出た後も断面が引き続き大きくなる。ＰＡチャンバ窓ユニットを細長くして出力窓を放電領域の下流側約５５ｃｍに配置することによって、シード光は、そのフルエンスが出力時に１６ｍＪ／ｃｍ2未満に低減する程度に拡散されることになるので、窓の表面損傷が回避される。
【００２１】
第３の好適な解決策は、従来技術によるＣａＦ2光学素子が損傷を受けることなくフルエンスを処理できるように、約２０ｎｓパルスのピークパルスフルエンス（ｍＪ／ｃｍ2）がフルエンスレベル（約２０ｍＪ／ｃｍ2から４４ｍＪ／ｃｍ2）に低減されるまで、レーザシステムからの出力ビームが自然に拡散することを可能にすることである。従来技術によるエキシマレーザの自然拡散は、水平方向で約０．６ミリラジアン、垂直方向で約１．０ミリラジアンである。これらの変化率では、ビーム断面積は４メートル後で約２倍になる。好適な実施形態において、ビーム拡張管はレーザの出力開口から数メートル広がり、結果的にビームのパルス強度が５０パーセント又はそれ以上低減される。出力ビームの拡散を高める幾つかの技術を利用可能である。
【００２２】
第４の好適な解決策（第１の解決策のサブセット）は、レーザ出力部においてＦ2環境に浸されたビーム拡張光学部品を設けることである。光学部品は、十分なＦ2ガスを収容する別個の室環境の手前のレーザ室Ｆ2環境内とすることができる。好適な実施形態において、２プリズムビーム拡張器が室出力窓の代わりに使用される。ビームが到達するまでに、ビーム断面にて室Ｆ2によって保護されていないプリズムビーム拡張器の唯一の面は、保護されていない面がフルエンスを処理できるように十分に拡張している。
【００２３】
第５の解決策は、基板ＣａＦ2の保護のために酸化フッ素珪素膜で被覆処理されたＣａＦ2光学素子を使用することである。本出願人は、レーザ光を操作するために以前に開発されたこれらの被覆が二重光子フッ素放出によって引き起こされるＣａＦ2損傷から表面を保護するのに有用であることを分かっている。これらの酸化フッ素被覆ＣａＦ2素子は、ＣａＦ2光学部品の寿命を延ばすことが分かっている。
【００２４】
第６の解決策においては、ＣａＦ2光学素子は、最初にフッ素ガスに晒されて表面にフッ素膜を形成する。次に、その表面は、ＳｉＯ2等の薄い硬質被覆層で被覆処理して、ＣａＦ2基板表面にフッ素層を閉じ込める。被覆プロセスは、フッ素膜がＣａＦ2基板と被覆層との間、並びにＳｉＯ2保護層内に閉じ込められるように、フッ素膜を施したのと同じ室内で実施することが好ましい。
【００２５】
ＣａＦ2表面の問題の別の可能性のある解決策は、ＣａＦ2よりも大きなフルエンスに対応可能なＭｇＦ2光学部品に切り替えることである。また、ＭｇＦ2光学部品は、前述の被覆を施すか又はＦ2環境で利用することができる。好適な実施形態において、前述の解決策の２つ又はそれ以上の組み合わせが利用される。
【００２６】
ＭＯＰＡレーザシステム
好適なレーザシステムにおいて、２つの別個の放電室が設けられ、一方は、第２の放電室で増幅される超狭帯域幅シード光を生成する主発振器の一部、つまり電力増幅器である。このＭＯＰＡシステムは、ビーム品質を大幅に向上させることができ、出力パルスエネルギーは、一般的な従来技術の１室レーザシステムの２倍以上である。パルス伸張器は、出力パルス長を２倍以上にするので、パルス中のピークパルス出力（ｍＪ／ｎｓ）を低減する。また、ビームは、断面が拡張されピークフルエンス（ｍＪ／ｃｍ2）を低減するようになっている。この好適な実施形態は、リソグラフィシステムウェーハ面に照射を行うことができ、これは光学部品の実質的な劣化に拘わらずリソグラフィシステムの作動期間にわたってほぼ一定である。レーザシステムの出力容量が大きくなると、オペレータは、システムの作動期間の初期では部分的な出力で運転を行い、作動期間お後期には出力を高めて光学部品劣化を補償することができる。
【００２７】
ビーム伝達ユニット
好適なビーム伝達ユニットは、高パルスパルスエネルギービームを前述のＭＯＰＡシステムからリソグラフィマシンに集束する。
【００２８】
偏光に関する検討
ＣａＦ2光学部品からＭｇＦ2光学部品への切り換えは、ＭｇＦ2光学部品は、公知のＭｇＦ2複屈折が適切に扱われるように設計及び使用する必要があることを意味する。また、本出願人は、前述のＭＯＰＡシステムの高パルスエネルギー出力においてＣａＦ2光学部品が複屈折特性を改善することを発見している。光学部品の製造のための、及び複屈折の影響を最小限に抑えるための光学部品の位置決めのための種々の技術が開示されている。
【００２９】
シャッタ・エネルギーモニタ
新規な水冷式高速組み合わせシャッタ・エネルギーモニタについて説明する。
【００３０】
その他の光学的改良
また、本明細書では、（１）リソグラフィシステムの耐用期間にわたる一定の出力及びビーム品質をもたらす技術、（２）改良ビーム経路パージ技術、（３）ビーム経路品質モニタリング、（４）コヒーレンス・スクランブリング、（５）ウェーハ面でのパルスエネルギー検出、及び（６）光学部品モニタリング技術を含むモジュール式ＭＯＰＡ紫外線レーザシステムの他の光学的特徴を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
ＣａＦ2光学面の損傷
表面損傷問題の発見
本明細書で説明するＡｒＦレーザＭＯＰＡシステムに関する本出願人による試験の結果、従来技術によるＣａＦ2光学部品は、約４４ｍＪ／ｃｍ2から約１３０ｍＪ／ｃｍ2の範囲の平均パルスフルエンスレベルで１９３ｎｍ紫外線の２０ｎｓパルスを受けると、激しい表面劣化が発生する場合があることが分かっている。損傷は、光学部品が窒素及びヘリウム等の高品質パージガスでパージされた場合であってもビーム入口面及び出口面の両方で発生する。２０ｎｓパルス、２０ｍＪ／ｃｍ2未満の平均フルエンス、及び良好なパージでもって、ＣａＦ2光学部品は、何十億のパルスに対して優れた性能を発揮する。２０ｍＪ／ｃｍ2から１００ｍＪ／ｃｍ2の範囲では、寿命は不確実で予測し難い。１００ｍＪを上回るフルエンスでは、ほとんど直ちに光学部品の表面に激しい損傷が発生する。本出願人は、驚いたことに前述の範囲の高パルスフルエンスではレーザ室出力窓の内面には全く損傷が生じないことを発見した。この内面は、約３気圧の０．１％Ｆ2レーザガス環境に晒され、外面は、窒素パージガスに晒されている。外面は、前述の範囲のフルエンスで損傷を受ける。
【００３２】
ＭＯＰＡレーザシステム内で潜在的に危険な状態にある光学部品
図１に示すＭＯＰＡシステムでは、損傷を引き起こすのに十分な大きさになる場合があるフルエンスの影響を受ける幾つかの光学素子がある。３ｍｍ×９ｍｍのビーム断面積の１５ｍＪ／パルスにおいて、平均フルエンス（即ち、パルスエネルギー／ビーム断面積）は５５ｍＪ／ｃｍ2である。時間平均パルス強度（即ち、パルスフルエンス／パルス持続時間）は、約２．７５×１０６ワット／ｃｍ2である。（この平均パルス強度は、従来技術による５ｍＪＡｒＦレーザの出力パルスの平均パルス強度よりも約３倍大きい）。（しかしながら、これらの形式のレーザによって生成されるレーザパルスは、完全に一様ではないことを理解されたい。ビーム断面には空間的変動が存在し、２０ｎｓのパルス持続時間にわたって一時的変動が存在する）。これらの空間的変動及び一時的変動のために、フルエンス及びパルス強度のピーク値は、上記の値の２倍又は４倍であることが予想される。これらの潜在的に危険な状態にある光学素子としては、電力増幅器室の出力にあるチャンバ窓、出力ビームが通過する空間解析モジュール９内に配置されたビーム分割器、及び電力増幅器ＷＥＢモジュール２６内に配置された２プリズムビーム拡張器を挙げることができる。ビーム分割器下流の他の光学部品は、潜在的に危険な状態にあるが、フルエンス及び強度は、ビーム拡張に反比例して小さくなる。パルス伸張器下流の光学部品は、非常に長いパルス（並びに大きな断面）に晒されることになり、その相乗効果で従来技術によるシステムよりも損傷の危険が小さくなる。前述のように、これらの従来技術によるシステムは、何十億のパルスに対して実質的な光学部品損傷を受けることなく作動している。
【００３３】
損傷に影響を与える種々の要因
本出願人は、光学部品材料の損傷閾値に影響を与える幾つかの要因を特定している。これらの要因としては、（１）光学部品が影響を受ける変動（空間的及び一時的）を含むフルエンス（ｍＪ／ｃｍ2）、（２）ビーム伝搬方向に対する光学面の配向、（３）パルス数、（４）光学部品表面の清浄度、（５）パルス持続時間、（６）光学部品が浸される環境、（７）光学部品表面がＦ2ガスに晒されるか否か、（８）研磨プロセス、及び（９）繰返し率を挙げることができる。
【００３４】
重合光子
最近（２００１年から２００２年）集積回路製造ラインに組み入れられた従来技術のＡｒＦリソグラフィレーザは、パルス持続時間約２０ｎｓ、３ｍｍ（幅）及び９ｍｍ（高さ）のビーム断面で約５ｍＪの出力ビームを有する。これらのユニットでは、出力パルスの平均フルエンスは約１８ｍＪ／ｃｍ2であり、時間平均パルス強度は１×１０6ワット／ｃｍ2である。被覆されていないＣａＦ2で構成される光学素子は、窓、ビーム分割器、及びプリズムとして何ヵ月にもわたって何十億のパルスに対して著しく劣化することなく作動している。１５ｍＪへの出力パルスエネルギーの増加の結果として即座（数分又は数時間以内）に発生した本出願人が発見した（前述の）重大な表面不良は全く驚きであった。本出願人は、損傷可能性の驚くべき「ステップ変化」は、出力ビームの光子の重合の結果としての「多光子」プロセスとして知られているプロセスに起因すると推測している。出力ビームが５ｍＪから１５ｍＪへ増加すると、光子数／パルスが３倍に増加する。空間的及び一時的にかなりの不均一が存在するので、本出願人は、１５ｍＪ出力パルスでは主発振器室を出る際にかなりの光子が重合していると予想している。本出願人が発見したＣａＦ2光学面損傷の原因はこの光子の重合いであると推測している。前述のように、本出願人による試験結果では、平均フルエンスを２０ｎｓパルスで６０ｍＪ／ｃｍ2に増加させた場合、数時間以内に表面不良が発生することが分かっている。前述の３ｍｍ×９ｍｍ断面をもつ２０ｎｓ、１５ｍＪパルスは、５５ｍＪ／ｃｍ2の平均フルエンス、約２．７×１０6ワット／ｃｍ2の時間平均パルス強度を示し、ピーク値は非常に高い。本出願人はこの問題に対して（１）光学素子をこの表面損傷から保護するか又は損傷の危険を小さくするために光学素子を改良する幾つかの技術を見出す、（２）ビーム断面積を大きくする、及び（３）パルス長を長くするという３つの基本的な解決策を特定している。
【００３５】
表面損傷の原因及び説明
前述の数値は、光子の重合が約２０ｍＪ／ｃｍ2から６０ｍＪ／ｃｍ2での損傷閾値の原因であることを示唆しているが、本出願人は表面損傷の正確な原因を確信していない。本出願人は、窪みや２つの表面上のビーム足跡上に成長する白色毛羽が数分又は数時間以内に光学部品を役に立たなくすると確信した。本出願人は、これらの重合光子によって、フッ素原子がＣａＦ2分子から放出される原因であるフッ素原子の二重励起が発生すると考えている。これによって光学部品の表面にフッ素不足が生じ、ＣａＦ2結合が破壊され、小さな劣化領域ができる。その後の照射によって、劣化領域が拡大し、結果的に短時間で光学部品が機能しなくなる。
【００３６】
フッ素出現による表面保護の発見
前述のように、本出願人は、調査の過程で、約６０ｍＪ／ｃｍ2を超えるフルエンスにて外面に比較的に短時間で広範な損傷が発生するが、電力増幅器室の出力側の窓の内面には表面損傷は発生しないことに気づいた。本出願人は、この観察結果に基づいてＣａＦ2光学部品を希ガス又は窒素に少量のフッ素を含有するガス内に浸す実験を行った。ガスに晒された表面は、最大３００ｍＪ／ｃｍ2又はそれ以上のパルスフルエンスでは損傷を受けない。本出願人は、フッ素ガスは放出を遅らせるか、及び／又は、ＣａＦ2結晶構造体から放出されたフッ素に素早く置き換わるであろうと推測している。具体的には、本出願人による試験の結果、１００万分の１から１０万分の１の範囲の僅かな濃度のＦ2は、最大３００ｍＪ／ｃｍ2パルスの損傷を防止することが分かっている。望ましい濃度は、約１ｐｐｍである。しかしながら、本出願人は、表面が晒される環境内の任意の量のＦ2（１ｐｐｍ未満でも）は損傷を最小限に抑えて光学部品の寿命を延ばす傾向があると考えている。
【００３７】
Ｆ2環境での光学部品試験例
１０００万パルスに対して、露光中心のピークフルエンスが最大２９６ｍＪ／ｃｍ2までの種々のフルエンスレベルで種々のＦ2濃度での新しいチャンバ窓（Ｓ１−０２−８６３）を試験した。試験位置は、フルエンスを変更するために集束ビームの各々の走程にて毎回４ｍｍ移動させた。試験結果は、試験を行った順番の記載されており、チャンバは全８回の試験中には開放しなかった。
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【００３８】
光学面損傷を低減するための改良
本出願人は、前述のＣａＦ2光学面損傷に対する幾つかの解決策を特定している。これらの解決策を以下に全体的に説明する。
【００３９】
潜在的に危険な状態にある光学部品をフッ素含有ガスに浸す
前述のように、Ｆ2含有ガスに浸された光学部品は、少なくとも３００ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスまでは損傷を受けない。希ガス又は窒素中の約０．４％のＦ2パーセンテージにて確認試験を行った。本出願人の試験によれば、Ｆ2パーセンテージを比較的高い濃度の初期処理後に非常に低い濃度に低減できることが示唆されている。例えば、０．４％Ｆ2による初期露光の後で、チャンバを排気して希ガスを５回充填し、次に窒素をパージし、次に６７ｍＪ／ｃｍ2から１７３ｍＪ／ｃｍ2の範囲の高フルエンス１９３ｎｍ放射に晒したが損傷は発生しなかった。この試験（５回のパージ後）では、Ｆ2濃度は明らかに非常に低かった。しかしながら、レーザを一晩アイドル状態にしておくとガス内のＦ2がなくなり、光学部品は高パルスフルエンスで直ぐに機能しなくなった。
【００４０】
従って、１つの解決策は、潜在的に危険な状態にあるＣａＦ2光学部品を１００万分の１のレベルであっても少量のＦ2ガスを含むガスに浸すことである。このことは幾つかの技術で実現できる。例えば、別個のＦ2源を設けて潜在的に危険な状態にある光学部品を含むビームラインの各区域にＦ2を加えることができる。レーザ室の１つからの少量のレーザガスを使用できるか、又はレーザ室から規則的に排出されるガスの一部を使用できる。ビーム列はすでに真空気密ビームエンクロージャに閉じ込められている。しかしながら、Ｆ2が収容されているビームエンクロージャ部分からの排気は、排気ガスが大気中に排気される前にＦ2ガスを捕捉又は中性化するよう処理する必要があるであろう。また、以下に詳細に説明するように、潜在的に危険な状態にある一部の光学部品（図３Ｆ及び図３Ｇに示すプリズムビーム拡張器等）は、Ｆ2収容チャンバ環境内に配置することができる。
【００４１】
Ｆ2含有パージガス
好適な実施形態において、電力増幅器出力窓下流のビーム経路内の全ての光学部品はＦ2環境内に収容される。これによって、明らかに損傷を与えるパルス強度を受けないとしても全てのＣａＦ2光学部品に対する保護が行われることになる。光学部品としては、焦点鏡までのステッパ光学部品を挙げることができる。これを実施する１つの技術は、ビーム列のこれらの区域をパージするパージガス内にＦ2を入れることである。この場合、現在一般的な技術である１つのパスの後にパージガスを排出するのではなく、再循環式パージシステムを利用することが望ましいであろう。
【００４２】
図１のレイアウトの変更
以上の試験に基づいて、本出願人は、図１のレイアウトに対して以下の変更点を組み入れた好適な実施形態を構築した。これらの変更点は図１２に示されている。
１．電力増幅器ＷＥＢの密封、試験後に、最初に、Ｎ2ラインバルブ４００を開くと共にターボＮ2バルブ（排気）４０２を開いてＮ２を充填する。
２．Ｎ２ラインバルブ４００、ターボＮ2バルブ４０２の両方を閉じて、既知量のフッ素をライン４０４から２、３回注入する。排気弁４０６（１００ｋＰａに設定）は自動的に余分なガスを排出して、大気圧をわずかに上回る圧力にモジュールを保持する。
３．十億パルス毎、３ヵ月毎、又はフッ素濃度を１ｐｐｍ以上に保持する必要性に応じてフッ素を定期的に注入する。
４．チャンバ窓を交換する場合、ベローズの隣のチャンバ窓を遮断する前にＮ2ターボバルブ及びＮ2ラインバルブを１０分間開ける。フッ素濃度はこの時点で０．０１ｐｐｍをはるかに下回る。
５．新しい電力増幅器チャンバ窓に交換した後、Ｎ2ターボパージを１０分間行い、その後、両方のＮ2バルブを閉じる。
６．Ｆ2を２、３回だけ電力増幅器ＷＥＢに注入してチャンバ窓サービスを終了する。
【００４３】
無害なＦ2源
Ｆ2ガスは有害ガスであり注意深く管理する必要がある。しかしながら、フッ素を含有する多くのガスは無害であり、高エネルギー紫外線の照射を受けるとＦ2源となる。従って、本出願人は、（ＣａＦ2光学部品の表面を保護する別の技術として）潜在的に危険な状態にあるＣａＦ2光学部品をこれらのＦ2含有ガスの１つに浸すことを提案する。可能性のあるＦ2含有ガスとしては、１９３ｎｍ紫外線の照射を受けるとフッ素を放出し、使用される濃度では認めうるほどに紫外線を吸収しない全てのガスを挙げることができる。また、選択されたガスは、紫外線の下では、光学部品に沈殿して性能を劣化させるような生成物を生成してはならない。可能性のあるガスは、
ＮＨ4Ｆ．ＨＦ、
ＳＦ6、
ＣＣｌ3Ｆ、
Ｃ2Ｃ１2Ｆ4、
ＳｉＦ4、
ＳＦ4、
ＮＦ3、
ＣＯＦ2、
である。
【００４４】
四フッ化珪素での試験
本出願人は、ＣａＦ2光学部品の２面をＦ2よりも潜在的に危険が非常に小さいＳｉＦ4含有ガス混合物に晒す試験を行った。本出願人は、紫外線はフッ素イオン又は原子をＳｉＦ4分子から放出し、その後、遊離フッ素はＦ2ガスが行うのと同じ技術で光学面を保護できると考えている。また、四フッ化珪素分子は光学部品表面上に保護単層を形成できる。以下の表は、１０００万パルスに関して、ＣａＦ2光学部品を２９７ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスレベルでの２０ｎｓＡｒＦ１９３ｎｍパルスに晒した結果を示す。
2005524998.tif 000004
【００４５】
これらの結果に基づいて、本出願人は、ＳｉＦ4濃度が約１．０ｐｐｍ以上の場合にはヘリウム内のＳｉＦ4ガスによって良好な保護が行われると考えている。
【００４６】
本出願人は、以下の表に記載したガスを記載した濃度で試験した。その結果は以下の表に説明される。また、ガスはランク付けされている。
他のフッ素ガスによるＣａＦ2保護効果の調査
2005524998.tif 000005
【００４７】
また、特定のフッ素含有固形物は、紫外線の照射下でフッ素を放出する。例えば、テフロンは紫外線に晒されるとフッ素を放出することが知られている。これらの固形物はＦ2源として使用することができる。さらに、フッ素にはイオンを注入することができ、又は他の様式のドープ処理を利用してフッ素をＣａＦ2結晶に加えることができる。別の可能性のある技術は、結晶面のＣａ＋＋イオンをＣａ＋＋と同様のイオン半径を有するが付加電荷を有するＬａ＋＋＋イオンと置換することである。これによって、ＣａＦ2の表面はプラス電荷を帯びるようになり、フッ素イオンが除去される傾向が弱くなる。
【００４８】
ＣａＦ2光学部品の被覆処理
潜在的に危険な状態にあるＣａＦ2光学部品の表面損傷を回避する（又は可能性を低減する）ための別の技術は、ＣａＦ2光学面に保護被覆を施すことである。被覆は、ＣａＦ2結晶面での電場を最小限に抑えるように設計されることが好ましい。一般に伝達用光学部品の場合、このことは光の波長の１／４と等価な被覆厚さを施すことによって達成される。また、複数の層は、ＣａＦ2面での電場をさらに低減できる。これらの被覆は、強力な紫外線レーザ光の中でも長寿命が得られるとして知られている被覆から選択する必要がある。
【００４９】
表面保護を行う被覆の例としてはＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3を挙げることができる。遠紫外線システムに使用されている別の標準フッ素（ＣａＦ2を含む）及び酸化被覆材を使用できる。これらの被覆は、フッ素が光学素子の表面上に又は極近傍で捕捉されるように施されることが好ましい。例えば、好適な技術は、光学素子の両面をＦ2ガス環境に置いてフッ素層を光学部品の表面に形成することである。これは蒸着室内で行うのが好ましい。学部品の表面にフッ素層を形成した後、例えば背景技術のセクションで参照したコーニング特許に説明されている公知の被覆技術を用いて表面をＳｉＯ2層で被覆する。被覆は、追加のフッ素原子が被覆層内に、並びにＣａＦ2面と被覆層内側との間に捕捉されるように、蒸着室内に保持された少量のＦ2ガスを利用して行うことができる。光学面は、最初に、約１時間大気圧下の約０．４％Ｆ2（残余部はアルゴン）に晒され、蒸着室は、次に、ニードルバルブ制御を利用して蒸着室内に保持された約１０-6気圧のＦ2を用いて約１０-3気圧までポンプダウンされることが好ましい。好適なＳｉＯ2光学部品の厚さは１／４λであることが好ましいが他の厚さを使用することもできる。しかし、厚さは４λを超えないことが好ましい。
【００５０】
酸化フッ素珪素
また、光学素子は、前述のコーニング特許（米国特許第６，４６６，３６５号）に説明されている技術の１つを用いて酸化フッ素珪素を被覆することができるが、この技術は高フルエンス紫外線を処理するための被覆として開発されたものである。
【００５１】
これらの被覆は、Ｆ2を基板結晶面で捕捉する他に２つの目的を果たす。第１に、この被覆はＣａＦ2結晶面での電場を低減する。第２に、この被覆はＣａＦ2面が汚染されない状態を確実に保つ。
【００５２】
本出願人は、酸化フッ素珪素層で被覆されたＣａＦ2光学部品を試験して、これらの被覆がＣａＦ2光学部品の性能を向上させ得ると判断している。しかしながら、これらの初期の試料は、１０４ｍＪ／ｃｍ2を上回るフルエンスでは１億８０００万パルス後に損傷を受けた。本出願人は、これらの被覆の品質向上によって、性能がさらに一層向上すると考えている。
【００５３】
フッ化マグネシウム光学部品
ＣａＦ2表面損傷の問題の別の解決策は、潜在的に危険な状態にあるＣａＦ2光学部品の代わりにフッ化マグネシウム結晶光学部品を使用することである。フッ化マグネシウムの損傷閾値（ｍＪ／ｃｍ2単位）は、ＣａＦ2よりも数倍大きいことが知られている。高フルエンス（６０ｍＪ／ｃｍ2を上回る）でのＭｇＦ2光学部品に関する本出願人の予備試験では、表面蛍光発光が生じ、表面蛍光発光は、パルスカウントと共に悪化し、結果的に伝達損失が生じた。最近、ＭｇＦ2の品質は改良されている。伝達損失は、ＭｇＦ2上のフルエンスを制御することによって許容レベルに管理できる。
【００５４】
ビーム断面積の増加
潜在的に危険な状態にある光学部品の表面損傷の可能性を低減するための別の技術は、出力ビームの断面積を増やし、これに比例してフルエンスを低減させることである。ビーム断面を拡張するための幾つかの技術を利用できる。
【００５５】
ビーム拡張光学部品
ビーム断面は、反射望遠鏡及び屈折望遠鏡を含む種々の公知の光学部品で拡張できる。また、プリズムビーム拡張器は、格子スペクトル散乱を大きくするために線幅狭小化モジュールにおいて数年前から使用されている。図１に示すＭＯＰＡレーザシステムは、電力増幅器ＷＥＢ２６内に配置された電力増幅器の出力ビームを拡張するためのプリズムビーム拡張器を備える。このビーム拡張器は、図３Ｆ及び図３Ｇに示されている。このビーム拡張器は、ビーム断面を２倍にすることによってビーム拡張器下流での損傷の可能性を大幅に低減する。しかしながら、ＳＡＭモジュール及びビーム拡張器プリズム内の上流側の光学部品は、依然として潜在的に危険な状態にあるので、他の適切な保護を行う必要がある。１つの解決策は、以下に説明するように、ビーム拡張プリズムをレーザ室Ｆ2環境内に配置することである。
【００５６】
レーザ室窓ハウジング内のビーム拡張器
図１１は、レーザ室出力窓ユニット内に組み込まれた２プリズムビーム拡張器を示す。２つのプリズムは、出力ビームを２倍に拡張して、出力ビーム１４Ｂ１のピークフルエンスレベルを６０ｍＪ／ｃｍ2未満に低減することが好ましい。５０％から４倍までの他の拡張値の大きさは、２プリズムビーム拡張器配置を用いて容易に調整できる。更なる拡張が必要な場合、３又は４プリズム拡張器構成を用いることができる。図１１に示す好適な実施形態において、ビームは、水平方向に拡張され、ビーム断面を２倍にするために出力ビーム断面は約５ｍｍ×９ｍｍから約１０ｍｍ×９ｍｍに拡大される。また、ビームは、所要であれば垂直方向に拡張することもできる。本構成において、ＭＯからシード光は、ビーム拡張器を通過し、結果的に２倍だけ縮小される。別個の２倍を補償するために、ビーム拡張器１５はビーム１４Ａ１を予拡張し、シード光が図１の実施形態に示すものと同じ大きさになるように拡張されたシード光１４Ａ２を生成するようになっている。出力ビーム拡張器を含む窓ユニット１０Ａは、室１０の一部として作ることができ、又は別個の交換可能モジュールとして扱うことができる。窓ユニット内の下流側プリズムは、チャンバ窓構造体に密封される場合には出力チャンバ窓として使用でき、図１に示す出力窓をなくすことができる点に留意されたい。ビームが下流側プリズム出口面を出るまでにビーム断面は２倍になるので、出口面を保護する上でのフッ素は不要である。
【００５７】
自然ビーム拡張
図１Ａは、ＰＡ出力ビームがいずれかの光学部品と衝突する前に約２倍に拡張することを可能にする技術を示す。これによって、フルエンスは、実質的に従来技術によるＡｒＦレーザリソグラフィ光源の出力フルエンスを下回るように低減され、下流側光学部品がフルエンスに対処できるようになる。図１Ａに示すように（図１と比較すると）、ＳＡＭ９、ＰＡ  ＷＥＢ２６の出力構成部品、及びパルス伸張器１２は、ＰＡ室１０からの出力の下流側でさらに約４メートルだけ移動されている。ＰＡ１０の出力ビームの自然拡散は、垂直方向において約１ミリラジアンであり、水平方向において約０．６ミリラジアンである。その結果、４メートル後では、１１ｍｍ×５ｍｍの出力ビームは、約１５ｍｍ×７．４ｍｍ、つまり断面が約０．５５ｃｍ2から約１．１１ｃｍ2へ拡張することになる。従って、１５ｍＪパルスの平均フルエンスは、約２７ｍＪ／ｃｍ2から１３．５ｍＪ／ｃｍ2に低減され、これは良好なパージ環境における被覆されていないＣａＦ2光学部品の損傷閾値未満である。図１Ａに示すレーザシステムは、ビーム拡張管２５で接続されている２つのエンクロージャ４Ａ及び４Ｂに分割されることが好ましい。ビーム拡張管２５は清浄なＰＡ室ガスでパージされることが好ましく、このガスは、ＡＰ静電フィルタを出るとビーム拡張管２５の遠位端から入り、レーザ光の管カウンタを通って流れる。ここではチャンバ窓は、ビーム拡張管２５の遠位端２５Ａに位置し、ガス流で清浄な状態が維持される。
【００５８】
前述のように、ＰＡ  ＷＥＢ２６Ａは、シード光１４Ａを出力ビームに対して所定角度でもってＰＡ室に導く光学部品を含む。ＰＡ  ＷＥＢ２６Ａは、レーザガスを収容してシード光１４Ａの入射を可能にするチャンバ窓を含む。
【００５９】
ＰＡ放電領域によるビーム拡張
図１Ｂ（１）、図１Ｂ（２）及び図１Ｂ（３）に示す別の好適な実施形態において、ＰＡ室出力窓ユニット４２０は細長いので、室出力窓４２２は放電領域４２４の出力縁部を５５ｃｍだけ超えて配置されている。ＳＡＭ９は、細長い窓ユニットに場所をあけるためにＰＡ  ＷＥＢ２６の下流側に移動される。ビーム反転モジュール２８の光学部品は、シード光が放電領域を通る最終パスに関して放電領域４２４に入る位置の直上流の焦点４２６で、シード光を（電力増幅器１０の放電領域を通る第１のパスの後で）水平方向で集束させるように変更されている。従って、ビームは、放電領域を通る最終パスを行う際に拡張することになり、約５ミリラジアンの拡散角度で拡張し続ける。図１Ｂ（１）、図１Ｂ（２）、及び図１Ｂ（３）に示す拡張角度は誇張されていることに留意されたい。拡張方向は、図１（Ｂ）に示す方向から回転させられる（即ち、拡張は、図１Ｂに示すように垂直方向ではなく水平方向である）。図１Ｂ（１）、図１Ｂ（２）、及び図１Ｂ（３）は平面図である。出力ビームは窓４２２に到達するまでに水平方向において５．４ｍｍだけ拡張されている。１１．８の垂直方向断面寸法で、ビーム断面積は、図１のレイアウトに関連して本明細書で説明した基本構成の断面積が０．３３ｃｍ2あるのに対して、約０．６４ｃｍ2である。この結果は以下の表で基本構成と比較した（１０ｍＪ出力パルスエネルギーの場合）。
2005524998.tif 000006
【００６０】
上の表に示した値は、図１Ｂの構成のビーム断面が大きくなると、所要のビームの大きさが小さくなり、プリズムビーム拡張器の損失は低減することになるという事実に一致する。例えば、図１の構成（図３Ｆに示す）で使用される４×ビーム拡張器は約１５％の損失を導入することになるが、図１Ｂに必要とされる１．６×拡張器は約８％の損失をもつことになる。１．６×ビーム拡張器は、図１Ｂの９に示すＳＡＭモジュール内に配置することが好ましい。
【００６１】
レーザを出るビームは、約５ｍｒａｄの水平方向の拡散をもつことになる。この拡散は、図１Ｂの７に示すビーム伝達ユニットのビーム形成望遠鏡では取り除くことができる。別の技術は、チャンバ窓４２２と出力レーザとの間の任意の場所に照準レンズを導入することである。パルスエネルギーが低い場合、窓ユニットはそれほど長くなくてもよく（例えば、７．５ｍＪでは、窓ユニットは短くでき、放電縁部から約２０ｃｍの位置に出力窓を配置する）、パルスエネルギーが高い場合、窓ユニットを更に長くする必要があるであろう。
【００６２】
本出願人は、ＰＡ放電領域を通って最終パスを行う際にビームを拡張させても、ビームパルスエネルギーは大幅に低減しないと判断した。さらに、結果的にパルスエネルギーの低減があっても、Ｆ2濃度を上げる、ガス圧を上げる、放電電圧を上げる、又はシード光内のエネルギーを大きくするといった幾つかの技術のうちのいずれかの１つ又はそれ以上によって簡単に補償できる。また、本出願人は、放電領域を通る最終パスでビームを拡張する技術が呈する第２の非常に重要な利点は、放電領域の利得部分が、放電領域を通るビームの最終経路の全体にわたって完全に飽和される点にあると考えている。このことは、ビームの最終経路の利得経路内の利用可能な光子の実質的に全てが、ビーム出力と結合することを意味する。完全飽和によって、最終経路の第１の部分に関する利得領域が完全に飽和しない基本ケースに比較して、出力ビームのパルスエネルギーの安定性が高くなる。
【００６３】
光学部品の角度付け
表面損傷を最小限に抑えるための別の技術は、ビームが分配される表面積が大きくなるように潜在的に危険な状態にある光学部品に角度を付けることである。例えば、出力窓は、この種の従来技術によるレーザでは４７°に設定されている。本出願人は、この角度を７０°に変更することを提案する。これによって表面フルエンスが１／２になる。
【００６４】
研磨技術
本出願人は、これらのＣａＦ2光学部品に発生する表面損傷の少なくとも一部は、結晶面の研磨技術に帰するものと考えている。光学部品研磨の当業者は、研磨プロセスで生じる可能性がある表面損傷を最小限に抑える種々の技術に精通している。例えば、使用される研磨化合物、使用される研磨力、研磨工具、及び表面の最終粗度の全ては、潜在的に危険な状態にある光学部品の可能性のある表面損傷を低減するように選択する必要がある。また、表面の結晶配向は、損傷の最小化を引き起こす可能性のある源として慎重に検討する必要がある。例えば、［１００］表面配向は、［１１１］表面配向よりも好ましいであろう。
【００６５】
高出力ＭＯＰＡ  ＡｒＦ（ＭＯＰＡ）レーザシステム
図１は、前述の技術、装置、及び概念を利用するＡｒＦレーザＭＯＰＡシステムを示す。実際には、ＡｒＦ  ＭＯＰＡシステムの初期の試作バージョンは約１５ｍＪのパルスエネルギーで作動し表面損傷が発生したが、これは、本出願人が本明細書で説明する改良点を生み出すきっかけとなった。ＡｒＦ  ＭＯＰＡレーザシステムは、約１０ｍＪから４０ｍＪの範囲の電力増幅器の出力でのパルスエネルギー、約２０ｎｓの持続時間、及び約３ｍｍ×９ｍｍのビーム断面を有する１９３ｎｍパルスレーザ光を生成する。従って、電力増幅器出力でのこれらのパルスは、最大４０ｍＪのパルスエネルギー、約１５０ｍＪ／ｃｍ2の平均パルスフルエンス、最大７．５×１０６ワット／ｃｍ2の平均パルス強度、及び最大約０．２５×Ｊ／ｃｍ3の平均パルスエネルギー密度を有する。本発明の実施形態において、パルスは、時間と共に断面が拡張されて伸張され、日本のキャノン社やニコン社、及びオランダのＡＳＭＬ社から供給される中の１つのステッパリソグラフィマシンの入力ポートに供給される。従来技術によるレーザ光学部品は、パルスエネルギーが約１０ｍＪを超えて大きくなるとこのレーザの出力ビームで直ぐに故障した。ビームの高パルス強度区域に配置さる光学部品の保護のための種々の技術を説明する。この場合、レーザシステム４の主要構成部品は、スキャナが組み込まれているデッキの下方に組み込まれる。このレーザシステムは、スキャナの入力ポートにレーザ光を供給するための密封ビーム経路を提供するビーム伝達ユニット６を備える。出力ビームの断面は大きくパルス長が長いので、従来技術による光学材料にてビームを処理できるようにスキャナにおける平均パルスエネルギー密度は十分に低い。
【００６６】
ＭＯＰＡ
この特定のレーザシステムは、主発振器８及び電力増幅器１０を含む。このＭＯＰＡの配置は、単一のレーザ発振器を使用してレーザ光を供給する従来技術に優る、集積回路光源の重要な進歩をもたらす。主発振器及び電力増幅器の各々は、従来技術による単室リソグラフィレーザシステムの放電室と類似の放電室を備える。これらの放電室は、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横流ファン、及び水冷フィン付き熱交換器を備える。両室は、少量のレーザガスが通過する静電フィルタを備える。フィルタ内で残がいが除去されたこの部分は、前部窓及び後部窓に導かれて各窓を清浄に保つと共に、電極の残がいが窓室に入るのを防ぐようになっている。室の構造の詳細は、前述の特許に説明されている類似の従来技術によるレーザであり、最新のデザインは本明細書の冒頭に言及した親出願に説明されている。（しかしながら、図１Ａ及び図１Ｂに示す出力窓室は従来技術による窓室よりも実質的に長い。また、図１Ｂの後部窓室の長さを長くすることもできる）。主発振器は第１のレーザ光１４Ａを生成し、これは電力増幅器を通る２パスによって増幅されてレーザ光１４Ｂが生成される。主発振器は、背景技術の部分で説明した従来技術による単室レーザと類似しているが、出力エネルギー要求が実質的に低い点で異なっており、これにより本出願人はレーザガス圧力及びフッ素濃度を低減することができ、結果的に帯域幅及び他のビーム品質の改善が非常に少なくなった。主発振器８は、出力カプラ８Ａ及び線幅狭小化パッケージによって形成される空洞共振器を備え、その両方は、背景技術の部分で全体的に説明されており、参照した従来技術の特許で詳細に説明されている。主発振器８の利得媒質は、主発振器放電室８Ｃに収容された２つの長さ５０ｃｍの電極間で生成される。電力増幅器１０は、基本的には放電室であり、好適な実施形態において、放電室は、２つの細長い電極間に利得媒質を供給する主発振器放電室８Ｃとほとんど同一であるが、空洞共振器がない。このＭＯＰＡ構成により、主発振器は、波長安定性及び超狭帯域幅等のビーム品質パラメータを最大にするように設計して作動されることができるが、電力増幅器は、パルスエネルギーを最大にしながら安定に保つように設計されて作動される。例えば、本出願人サイマー社から販売されている最新の光源は、５ｍＪ／パルス、４ｋＨｚ、ＡｒＦレーザシステムである。図１に示すシステムは、１０ｍＪから３０ｍＪ／パルス（又はそれ以上、所望であれば最大約４０ｍＪ／パルス）、４ｋＨｚ、ＡｒＦレーザシステムであり、ビーム品質を実質的に改善しながら少なくとも２倍の平均紫外線電力を生成する。この理由から、ＭＯＰＡシステムは、従来技術によるレーザ光源と比較すると、非常に高品質で高出力のリソグラフィレーザレーザ光源をもたらす。
【００６７】
パルス伸張器
集積回路スキャナマシンは、製造するのが難しく何百万ドルもかかる大型レンズを有する。これらの高価な光学部品は、何十億もの高強度紫外線パルスによって劣化する。これらのレーザからのレーザ光の典型的なパルス長は約２５ｎｍであり、５ｍＪビームであれば約０．２ｍＪ／ｎｓ又は０．２×１０6ワットのパルス出力をもつことになる。パルス持続時間を変更することなくパルスエネルギーを１０ｍＪまで増加させると、パルス出力は倍増して約０．４×１０6ワットになるが、従来技術によるＡｒＦレーザシステムと比較すると、これらの高価な光学部品の有効寿命は非常に短くなるであろう。本出願人は、実質的にパルス長を約２０ｎｓから５０ｎｓ以上に長くして、スキャナ光学部品の劣化速度を低下させることによってこの問題を最小限にしている。また、パルス伸張によって、ビーム伝達ユニット６及びＢＡＭユニット３８の光学部品の損傷の可能性が低減される。このパルス伸張は、図１に示すパルス伸張器１２で達成される。図２は、パルス伸張器１２を通るビーム経路の拡大図を示す。ビーム分割器１６は、電力増幅器出力ビーム１４Ｂの約６０パーセントを４つの集束ミラー２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、及び２０Ｄによって形成される遅延経路に反射する。ビーム１４Ｂの各々のパルスの４０パーセントにあたる伝達部分は、ビーム１４Ｃの図２Ｂに示す対応する伸張パルス１３の第１のコブ部１３Ａになる。ビーム１４Ｃの第１の反射部分は、ビーム分割器１６によって、ミラー２０Ａに導かれ、ミラー２０Ａは、反射部分を点２２に集束させる。その後、ビームは拡張してミラー２０Ｂから反射し、ミラー２０Ｂは、拡張ビームを平行ビームに変換してミラー２０Ｃに導き、ミラー２０Ｃは再度ビームを点２２に集束させる。このビームは、その後、ミラー２０Ｄによって反射され、ミラー２０Ｄは、ミラー２０Ｂと同様に拡張ビームを平行ビームに変換してビーム分割器１６に戻すが、この場合、第１の反射光の６０パーセントは、出力ビーム１４Ｃ内のこのパルスの第１の伝達部分と完全に整列して反射され、図２Ｂに示すようにパルス１３のコブ部分１３Ｂの大部分になる。反射ビームの４０パーセントは、ビーム分割器１４を伝わり第１の反射ビームの経路を正確にたどって伸張パルス１３の小さなコブ部分を生成する。この結果が伸張パルス１４Ｃであり、伸張パルスは、パルス長において約２０ｎｓから約５０ｎｓに伸張されている。図２Ｂにおいて、伸張パルス１４Ｃは強度−時間としてプロットされおり、図２Ａに同様にプロットされている電力増幅器出力パルス１４Ｂの形状と比較することができる。つまり、パルス伸張器は、１０ｍＪから１５ｍＪパルスのパルス強度をほぼ従来技術による５ｍＪパルスの強度に低減する。
【００６８】
本実施形態の伸張パルスの形状は、２つの大きなほぼ同じピーク１３Ｂ及び１３Ｂをもち、最初の２つのピークの後に時間と共に徐々に小さくなっていくピークが続く。伸張パルスの形状は、６０％以上又はそれ以下を反射するビーム分割器を使用することによって変えることができる。本出願人は、約６０パーセントを反射するビーム分割器は、「時間積分二乗」パルス長又は「ｔIS」として知られているパラメータで測定すると、パルスの最大伸張を引き起こすと考えている。このパラメータの使用は、奇妙な形状の出力−時間曲線を有するパルスの有効パルス持続時間を判断するための技術である。ｔISは、以下のように定義される。
2005524998.tif 000007
ただし、Ｉ（ｔ）は、時間の関数としての強度である。
【００６９】
ビームプロファイル及び拡散特性を維持するために、遅延伝搬経路を通るビームを導くミラーは、単倍率焦点望遠鏡としても機能する必要がある結像リレーシステムを形成する必要がある。この理由は、エキシマレーザ光の固有拡散のためである。ビームが結像されることなく遅延経路を通って導かれた場合、ビームの遅延部分は、ビーム分割器で再結合される際に元のビームとは異なる大きさになるであろう。パルス伸張器の結像リレー及び焦点望遠鏡機能を与えるために、ミラーは、遅延経路の長さによって決定され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との間の間隔は、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。
【００７０】
前述のように、伸張パルスの最初の２つのピークの相対強度は、ビーム分割器の反射率を変えることによって変更できる。また、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左右される。出力ｔISは、結像リレーミラーの反射量及びビーム分割器での損失量に左右される。９７％の結像リレーミラー反射率及びビーム分割器での２％の損失については、最大出力ｔIS倍率は、ビーム分割器の反射率が約６３％の場合に起こる。
【００７１】
パルス伸張器の位置合わせは、４つの結像リレーミラーのうち２つが調整可能であることが必要である。２つの調整可能ミラーの各々は、合計４自由度を与えるチップチルト調整が行われる。２つの調整可能ミラーは、システムが共焦点設計なのでシステムの反対側に配置する必要である。この実施形態では手動で位置合わせを行う。自動位置合わせパルス伸張器を作るには、所要の４自由度の自動調整装置、及び位置合わせを特徴づけるためのフィードバック情報を供給する診断システムが必要となる。位置合わせ性能を適格とすることができる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できる撮像システムを必要とするであろう。２つの平面（近視野及び遠視野）での元のパルスとサブパルスとの重なりを検査すれば、自動的にミラーを調整して、サブパルスの各々が元のパルスと同一線上を進むようになった出力を生じるのに必要な情報を得ることができる。
【００７２】
リレー光学部品
好適な実施形態において、主発振器８の出力ビーム１４Ａは、電力増幅器１を通る２パスによって増幅され、出力ビーム１４Ｂを生成するようになっている。これを実現する光学部品は、本出願人が命名した３つのモジュールである、主発振器波面エンジニアリングボックス「ＭＯ  ＷＥＢ」２４、電力増幅器波面エンジニアリングボックス「ＰＡ  ＷＥＢ」２６、及びビーム反転器「ＢＲ」２８に収容されている。これらの３つのモジュールと、線幅狭小化モジュール８Ｂ及び出力カプラ８Ａとは全て、放電室８Ｃ及び電力増幅器１０の放電室からは独立して、単一の垂直光学テーブルに取り付けられている。放電及びファン回転による音響衝撃によって引き起こされるチャンバ振動は、光学部品から隔離する必要がある。
【００７３】
好適な実施形態において、主発振器線幅狭小化モジュール及び出力カプラ内の光学部品は、背景技術の部分で言及されている従来技術、及び一部の親出願で詳細に説明されている従来技術によるリソグラフィレーザ光源の構成部品と実質的に同一である。線幅狭小化モジュールは、３又は４プリズムビーム拡張器、超高速応答調整ミラー、及びリットロウ（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で配置された格子を含む。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パーセントを反射して残りを通過させる部分反射ミラーである。主発振器８の出力は、ラインセンタ解析モジュールＬＡＭ７でモニタされ、ＭＯ  ＷＥＢ２４に向かう。ＭＯ  ＷＥＢは、完全内部反射（ＴＩＲ）プリズム及び出力ビーム１４ＡをＰＡ  ＷＥＢに正確に導くための位置合わせ構成部品を含む。図３Ａに示すようなＴＩＲプリズムは、一般に高強度紫外線の下で劣化する反射被覆を必要とすることなく、９０パーセントを超える効率でレーザ光を９０°回転させることができる。もしくは、図３Ｅに示すように、ＴＩＲプリズムの代わりに耐久性の高い高反射被覆を有する第１の表面ミラーを使用することもできる。
【００７４】
ＰＡ  ＷＥＢ２６は、図３Ｃから図３Ｆに示すようなＴＩＲプリズム２６Ａ、及び電力増幅器利得媒質を通る第１のパスにレーザ光１４Ａを導くための位置合わせ構成部品（図示せず）を含む。もしくは、前述のように、高反射被覆を有する第１の表面ミラーをＴＩＲプリズムの代わりに使用することもできる。ビーム反転モジュール２８は、図３Ｂに示す２反射ビーム反転プリズム２８Ａを含み、これは図３Ａに示す１反射プリズム２８と同様に、完全内部反射に依存するので光学的被覆は不要である。Ｐ偏光ビームがプリズムに出入りする面は、反射損失を最小限に抑えてプリズムをほぼ１００％の効率にするためにブルースター角で配向される。
【００７５】
ビーム反転モジュール２８での反転後、部分的に増幅されたビーム１４Ａは、電力増幅器１０内の利得媒質を通る別のパスを形成し、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から出ていく。この実施形態において、電力増幅器１０を通るビーム１４Ａの第２のパスは、電力増幅器放電室内の細長い電極と正確に一直線になっている。第１のパスは、第２のパスの経路に対して約６ミリラジアンの角度の経路をたどり、第１のパスの第１の経路は、利得媒質の両端の間の中間点で利得媒質の中心線と交差する。図３Ｃ及び図３Ｄは、電力増幅器を通るビーム１４Ａの経路の側面図及び平面図である。ビーム反転プリズム２８Ａの設計及び位置決めは、図３Ｂに示すように角度β及び空間オフセットｄに対応する必要がある点に留意されたい。この実施形態において、βは６ミリラジアンであり、ｄは５ｎｍに等しい。
【００７６】
図３Ｅ（側面図）及び３Ｆ（平面図）は、電力増幅器ＷＥＢモジュール内の特定の光学部品の別の重要な特徴を示す。側面図において、「ＰＡへ」のビームは、「ＰＡから」のビームの上側に示されていることに留意されたい。これは両方のビームを側面図に示すために行われている。（実際には両ビームは同じ高さにあるので、「ＰＡから」のビームを正しい高さに図示すると「ＰＡから」のビームは「ＰＡへ」のビームを遮ることになる）。図３Ｆに示すように、「ＰＡから」のビームは、ＴＩＲプリズム２６近傍を通過し、出射孔２６Ｃを通過して、２プリズムビーム拡張器２６Ｄで水平方向に４倍に拡張され、ＷＥＢモジュールを出てパルス伸張モジュール２２に至る（光学的パルス伸張器の場合は本出願人は「ＯＰＵＳ」と呼ぶ）。出射孔２６Ｃ並びにリレー光学部品内の他の開口は随意的と考えるべきであり、代わりに一時的な位置合わせターゲットを使用できる。
【００７７】
ＴＩＲプリズム及びミラーの他の検討
ＭＯ  ＷＥＢ及びＰＡ  ＷＥＢ内のＴＩＲプリズムは、高フルエンス紫外線への長期暴露によって劣化する傾向がある光学的被覆をもたないので、誘電体被覆された第１の表面ミラーよりも好適である。ＴＩＲプリズムの１つの欠点は、入口及び出口面で発生する不要なフレネル反射である。１９３ｎｍでのフッ化カルシウム材については、各々の面は入射ビームの約４％を反射する。入射ビームが表面に対して垂直である場合、不要な反射が入射ビームの経路に沿って逆に伝搬し、ＭＯに再度入る。これは、ＭＯの安定的作動を妨げるであろう。この問題は、ＴＩＲプリズムの入口面及び出口面を入射ビームに対して約１°傾斜させることで回避できる。これは、４５°−４５°−９０°ＴＩＲプリズムを１°だけ回転させることによって実現でき、この場合、主要ビームの偏差角は、９０°から８８°又は９２°に変化することになる（１°の回転の方向に応じて）。もしくは、９０°の偏差角及び１°の傾斜面は、４４°−４４°−９２°、又は４６°−４６°−８８°、又は４４．３３°−４５．６７°−９０°の角度を有するＴＩＲプリズムを使用することで実現できる。
【００７８】
ＰＡ  ＷＥＢ内のＴＩＲプリズム２６Ａは、３つの光学面の各々の縁部が非常に接近した状態で使用される。これらのプリズムの光学面は、１ｍｍ以内又は臨界角以下まで正確に研磨する必要がある。
【００７９】
ＭＯ  ＷＥＢ及びＰＡ  ＷＥＢ内のＴＩＲプリズムの各々は、２自由度（２回転、「チップチルト」）で位置合わせ可能となる。ＭＯ  ＷＥＢＴＩＲプリズムは、主反射ビームがＰＡ  ＷＥＢ内の適切な位置に導かれるように位置合わせされる。ＰＡ  ＷＥＢ  ＴＩＲプリズムは、主反射ビームがビーム反転器の適切な位置に導かれるように位置合わせされる。各々のＴＩＲプリズムは、密封モジュールの外側からのチップチルト調整を可能にする機械式マウントに固定される。
【００８０】
最大反射波面エラーは、開口（１３ｍｍ×２１ｍｍ）を横切る６３３ｎｍ（即ち、１２７ｎｍ）での０．２０の波状曲線ピークバレーと定められている。非常に小さなビームを横切る波面エラーは、相当小さくなるはずであるが、正確な大きさは、存在する収差の種類に左右される。単純な曲率が主たるエラーである場合（全体的に研磨で平らにされた場合）、ビームに導入される最大拡散角エラーは、垂直方向で約０．０２ｍｒａｄ（水平方向では非常に小さい）になる。
【００８１】
ミラーを使用して、耐用期間にわたる光学的被覆の劣化（特に１９３ｎｍにて）が懸念される場合、高反射誘電体被覆は、部分反射又はＡＲ被覆よりも損傷耐性が高い。また、このミラーの長い耐用期間の目標の助けとなることは、ＰＡから出てくるよりもＭＯから出てくる方が、はるかにパルスエネルギーが低いということである。ミラーは縁部に非常に接近して使用されることになるので、被覆は、通常よりも損傷を起こし易いであろう。被覆不良の一因となる縁部付近の表面粗度又は不規則な被覆が生じる場合がある。ミラーの縁部は、これらの潜在的な問題を回避するために試験されることが好ましい。図３Ｆは、間隔の問題を示す。ビームをビーム反転モジュールの適切な位置に導くために、回転ミラーは、２自由度で位置合わせできる（２回転、「チップチルト」）。ミラーマウントには、ミラーを所要の精度で位置合わせするために、密封モジュールの外側からアクセスできる調整機構を含む必要がある。背景技術の部分で説明したコーニング社から販売されている酸化フッ素珪素被覆は、シード光を処理するための好適な被覆材である。
【００８２】
リレー光学部品の位置合わせ機構
前記の傾斜させた二重パス幾何学的形状に関して、ＭＯ  ＷＥＢ及びビーム反転器から反射するビームは、ＰＡ  ＷＥＢ内で正確に位置合わせされる。位置合わせ機構は、ＭＯ  ＷＥＢミラー及びビーム反転器が適切に位置合わされるようにＰＡ  ＷＥＢ内に設けられている。この機構は、ＴＩＲプリズムの縁部を参照する必要があるであろう。位置合わせ機構は、開口であり、１つはＰＡ  ＷＥＢの入口にあり（ＭＯ  ＷＥＢプリズム位置合わせ用）、１つは出口にある（ビーム反転器位置合わせ用）ことが好ましい。開口は、永久的なものであってもよく、又は取り外し可能なものであってもよい。システムは、密封ビーム経路をビームエンクロージャの外側からその場で調整できる必要がある。開口に対するビーム位置は、任意の形式の２−Ｄ検出器アレイ（デジタルカメラ）で可視できるようになっている。ＢＡＴと呼ばれるビーム解析ツール（開口を備えるであろう）は、図３Ｆの３６で示すように、モジュール内に挿入可能であり位置合わせを検査するようになっている。
【００８３】
ビーム拡張プリズム
ビームのフルエンスは、ＰＡから出るとシステム内のどこよりも大きい（ビーム寸法が小さくパルスエネルギーが高いために）。このような高いフルエンスが、被覆損傷が起こる可能性のあるパルス伸張モジュール１２の光学的被覆上へ入射するのを防ぐために、ビーム拡張プリズムは、ＰＡ  ＷＥＢ内に設計されている。水平方向のビーム幅を４倍に拡張することによって、フルエンスは以前の１／４のレベルに低減される。ビーム拡張は、図３Ｇに示すような２０°の頂角をもつ一対の同一プリズムを使用して達成される。図３Ｇにはプリズム及びビーム経路の配向も示されている。
【００８４】
プリズムは、ＡｒＦグレードのフッ化カルシウム製である。プリズムを表面損傷から保護するための技術は、本明細書の他の所で説明されている。例えば、プリズム、及びプリズムと電力増幅器出力との間の他の全ての光学部品（室出力窓の下流側を含む）に対して、フッ素環境を実現する必要があるであろう。各々のプリズム上で６８．６°の入射角を利用することで、４．０のアナモルフィック倍率が得られ、一対の公称偏差角はゼロである。４面からの全フレネル反射損失は約１２％である。
【００８５】
特殊なＦ2レーザ機構
以上の説明は、一般にＡｒＦレーザシステムに直接当てはまるが、殆ど全ての機構は、本業界では公知の小さな変更を行ってＫｒＦレーザにも同様に適用できる。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きな変更が必要となる。これらの変更点としては、ＬＮＰの代わりのライン選択器、及び／又は２つの室の間、又は電力増幅器下流のライン選択器を挙げることができる。ライン選択器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配向された透明板を各室の間に使用して、出力ビームの偏光を改善してもよい。拡散器を各室の間に追加して、出力ビームのコヒーレンスを低減してもよい。技術、材料、及び構成部品に関連し、１９３ｎｍＡｒＦビームとの関連で説明され、光学部品の損傷を防ぐための本明細書の開示内容は、Ｆ2光子エネルギーがＡｒＦ光子のエネルギーよりも高い多いことを認識した上で、１５７ｎｍＦ2レーザ光に適用される。
【００８６】
ビーム伝達ユニット
本発明の好適な実施形態において、スキャナマシン２の要求仕様を満足するパルス式レーザ光は、ビームがレーザシステムの一部として装備される伝達ユニット（ＢＤＵ）を用いて、スキャナの光入力ポートに供給される。ＢＡＭと呼ぶ図１に３８で示すビーム解析モジュールはスキャナの入力ポートに設けられ、入射ビームをモニタしてフィードバック信号をレーザ制御システムに供給し、スキャナに供給される光を所望の強度、波長、波長、帯域幅に確実にして、線量及び波長安定性等の全ての品質要件に適合させるようになっている。波長、帯域幅、及びパルスエネルギーは、その開示内容全体が引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願番号１０／０１２，００２に説明されている種々の技術を用いて、最大４，０００Ｈｚのパルス繰返し率で、パルス間基準でビーム解析モジュールの測定機器によってモニタされる。
【００８７】
他のビームパラメータも同様に任意の周期でモニタできるが、一般に、これらの偏光、プロファイル、ビーム寸法、及びビーム照準等の他のパラメータは比較的安定しているので、波長、帯域幅、及びパルスエネルギーのパラメータよりも少ない頻度でモニタすることができる。
【００８８】
ビーム照準制御
この特定のＢＤＵは、２つのビーム照準ミラー４０Ａ及び４０Ｂ（図１０Ａに示す）を備え、その一方又は両方は、ビーム照準変動に対してチップチルト補正を行うように制御できる。ビーム照準は、照準ミラーの一方又は両方の照準フィードバック制御を行うＢＡＭにおいてモニタできる。好適な実施形態において、７ミリ秒未満の照準応答性を可能にするために圧電駆動ドライバが設けられる。
【００８９】
好適なビーム照準制御技術は、図１０Ａを参照しながら説明できる。ビーム解析モジュール３８は、ＢＤＵ出口に配置される。モジュール３８は、スキャナに到来したビームの照準及び位置エラーを測定するセンサを有する。エラー信号は、モジュール３８の近傍に配置された安定化制御装置３９に送られるが、安定化制御装置３９は生のセンサデータを処理して高速ステアリング回転ミラー４０Ａ及び４０Ｂを駆動するためのコマンドを生成するようになっている。それぞれ２本の制御軸を有する２つの高速ステアリング回転ミラーは、ビーム安定化センサの上流側に配置されている。回転ミラーの各々は、高速ステアリングモータに取り付けられている。モータはミラー角を２軸で駆動するので、レーザ光の経路を変更する。２本の制御軸を有する２つのモータによって、ＢＤＵ安定化制御装置は、独立して垂直方向及び水平方向のビーム照準及び位置エラーを調整することができる。制御システムは、パルス間基準でビームエラーを補正する。即ち、各々のレーザパルスからのビームエラーはフィードバック制御システムに供給され、ステアリングモータへのコマンドを生成するようになっている。フィードバック制御システムを運転するために使用される電子機器は、安定化制御モジュール３９内に配置される。
【００９０】
垂直方向及び水平方向のビーム照準及び位置エラーは、レーザが生成したパルスビーム毎にＢＤＵ出口で評価される。全４個の独立したセンサ測定項目がある。
１．垂直方向照準エラー
２．水平方向照準エラー
３．垂直方向位置エラー
４．水平方向位置エラー
【００９１】
図１０Ｂに詳細に示すようなビーム解析モジュール３８は、ビームの照準、位置、及びエネルギーをＢＤＵの出口（スキャナ入口）で測定するのに必要なセンサ及び付随の光学部品を含む。ビームエネルギーの大半は、モジュール３８（図１０Ｂに示す）を通ってスキャナへ伝達されるが、一部は種々の測定のため流用される。
・ビーム照準及び位置エラーのパルス間基準評価
・垂直方向及び水平方向の照準は、米国ニューヨーク州ブリッジウォータ所在のＨａｍａｍａｔｓｕ社のＳ９０３ＮＭＯＳリニア画像センサ等のリニアフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）素子上に遠視野画像を形成することによって測定される。
・垂直方向及び水平方向の位置は、リニアＰＤＡ素子上にＢＤＵ出口近傍のビームの縮小画像を形成することによって測定される。
・ビームエネルギー測定
・ＢＤＵからスキャナに伝達されるビームのエネルギーは、較正されたフォトセル回路で測定される。
ＳＭＭ内のセンサからの信号は、電気コネクタを介して安定化制御装置に送信される。
【００９２】
ブルースター窓６０（図１０Ｂに示す）により、ビームエネルギーの９５％がスキャナに伝達されて、ビーム測定センサでの使用に備えてモジュール３８の本体に５％を偏向させることが可能になる。測定用主ブルースター窓によって偏向された光は、別のブルースタート窓６２で再度分割され、偏向された光はスキャナに送られた光と同じ偏光ミックスを有するが、収束レンズ６４によってフォトセルエネルギーセンサ上に集束される。
【００９３】
ＰＤＭブルースタート窓で偏向されなかった残りの光は、垂直方向及び水平方向のビーム位置及び照準を測定するためのリニアＰＤＡセンサ６８１、６８Ｂ、６８Ｃ、及び６８Ｄ間で分配される。位置を測定するために、楔部によって分割された２つのビームは、収束レンズを通過してＰＤＡセンサ６８Ａ及び６８Ｂの両方にビームの画像を形成する。レンズ及び経路長は、形成された画像が主ブルースター窓におけるビーム断面の１／２スケールの画像になるようなものである。２つのＰＤＡセンサは、一方が垂直方向のビームの強度プロファイルを測定し、他方が水平方向の強度プロファイルを測定するように、相互に９０°で配向される。従って、ブルースター窓におけるビームの位置の変化によってセンサ上の縮小プロファイル画像のずれが生じる。
【００９４】
位置センサに偏向されなかった光は、別の収束レンズ及び楔部を通過して、同様に相互に９０°で配向される残りの２つのＰＤＡセンサ６８Ｃ及び６８Ｄ上に光点を形成する。この場合、ＰＤＳセンサは、レンズの焦点面にあるので、ビームの照準角が変化すると、センサ上の光点の位置がずれる。機械的シールド７０Ａ及び７０Ｂは、確実に意図した光強度の分布を検出するように、全ＰＤＡセンサの前方に配置される。最後に、ビームダンプ７２は、全ての残光エネルギーを分散させる。このビームダンプは、診断に使用できる窓を露出させるように取り外し可能である。
【００９５】
供給される光強度の範囲が大きいので、飽和防止のためにＰＤＡ素子の上流側に可変減衰器７４を使用する。可変減衰器は、ビーム経路内に種々の減光フィルタを配置する電動装置であり、例えば、米国カリフォルニア州サンホセ所在のＮｅｗ  Ｆｏｃｕｓ社の電動フリッパモデル８８９２バージョンがある。可変減衰器は、エネルギーセンサ及びフィードバック回路を備え、ＰＤＡ素子に到達する光の強度を自動的に調整するように電動式である。減衰器の設定は、エネルギーセンサデータを安定化制御装置に供給することによって調整される。安定化制御装置のアルゴリズムは、エネルギーセンサの読取値に基づいて減衰器の設定を調整する。１つの実施形態において、１つのフィルタのみを使用する。エネルギー設定が所定の閾値を超えた場合、ビームのエネルギーを減衰するためにビーム経路に配置される。光エネルギーが所定の閾値を下回った場合、フィルタが経路から取り除かれる。他の実施形態において、光の強度範囲及びセンサ電子部品のダイナミックレンジによって幾つかのフィルタが必要となる場合もある。
【００９６】
図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄ（１）、図１０Ｄ（２）、及び図１０Ｄ（３）は、ＰＤＡ検出器から照準エラー測定値を生成するために行われる信号処理を示す。モジュール３８の測定部は、垂直方向及び遠視野の光点をＰＤＡ素子上に形成する。図１０は、垂直方向及び水平方向の両方の光点が同一のＰＤＡ素子上に形成されるように測定部がビーム反射を一回転させる状況を示す。
【００９７】
照準エラーは、モジュール３８の出口に規定された目標位置から定義される。即ち、レーザユーザは、ビームがモジュール３８から出る場所を指示する。モジュール３８は、スキャナ２のビーム入口に簡単に取り付けることができる小型軽量なユニットである。保持できる全体的なモジュール寸法及び重量は、５０×２５×１５ｃｍ以内、約１５ｋｇ以内である。
【００９８】
照準エラーを算出するために、ＰＤＡ素子上の基準位置が指定される。ＰＤＡ上の対応する基準点は、スキャナによって指定された基準位置に対して規定される。即ち、モジュール３８内の測定部は、ゼロ照準エラーが基準画素位置に至る遠視野光点の中心に一致するように位置合わせされる。図１０Ｃでは、基準画素位置は、垂直方向の縞及び水平方向の縞に関してそれぞれｒv及びｒhで示されている。
【００９９】
ＰＤＡ素子の基準位置に対する遠視野縞の位置は、ビームがＢＤＵを出るときのビーム照準角を反映する。同様に、ＰＤＡ素子上の基準位置に対する画像プロファイルの相対位置は、ビームが出るモジュール３８の位置を反映する。ＰＤＡ上の遠視野光点又はプロファイルの位置は、閾値交点に関して定義されるものとする。（もしくは、この位置は、強度分布の中心位置に関して定義することができる）。各々のパルスについては、閾値（例えば、最大値の１／ｅ2）を超える第１の画素及び最後の画素が見出され、閾値交点自体は、図１０Ｄ１、図１０Ｄ２、及び図１０Ｄ３に示すように隣接画素との補間によって決定される。各閾値交点の間の中間点は縞の中心になり（垂直方向及び水平方向の中心を表すＣv及びＣh）、エラー信号は、縞の中心と基準位置（即ち、ｒv及びｒh）との間の距離である。例えば、垂直方向の照準エラーは、図１０Ｃに示すように、ｒｖとｃｖとの間の距離に正比例する。
【０１００】
ビーム成形望遠鏡
ＢＤＵは、図１、図１Ａ、及び図１Ｂに示すようなビーム成形望遠鏡７を含むことができる。この望遠鏡は、レーザユーザが所望する拡散及び断面積に適合するようにレーザ出力の拡散及びビームの断面積を変更する。
【０１０１】
第１の試作品の試験結果
本出願人は第１の試作ＢＤＵを製作して試験したが、２ＫＨｚ及び１．９ＫＨｚにおける試験結果を照準制御オン及び照準制御オフにて図１０Ｅ、図１０Ｆ、図１０Ｇ及び図１０Ｈに示す。開ループにおいて、ビーム安定化システムはオフであり、ステアリングミラーは固定される。レーザからのビームは、補正されることなく直接スキャナに伝搬する。開ループエラーは、まさしくレーザがもたらす照準エラー及び位置エラーである。閉ループの挙動は、ビーム安定化システムの作動中に得られる動作を示す。一定の繰返し率で何百又は何千もの照射にわたって発生する角変動と同様に、繰返し率の変化を伴うビーム角オフセットの変化が取り除かれることに留意されたい。
【０１０２】
図１０は、バースト間で０．５秒間隔にて２００パルスバーストのパルスに関する、同時に制御された水平方向及び垂直方向のビーム角の移動平均を示す。図１０Ｆに示すように、垂直方向のビーム角エラーは、１０倍以上低減される。
【０１０３】
図１０Ｇにおいて、バースト内の各々の照射の実測角度が示されている。バースト開始時の照準角の変化は両者とも等しいが、センサが重大な角度エラーを測定すると、制御装置は、適切なコマンドを決定してアクチュエータに送り、アクチュエータは、素早くビーム角をほぼゼロに修正する。その結果が、制御を行わない場合から大幅に低減される移動平均動作である。
【０１０４】
図１０Ｈにおいて、同じレーザは、ビーム角ではなくビーム位置を測定するように配置されたセンサ装置と併用される。
【０１０５】
ミラー用パージシャッタ
ＢＤＵの容積は、２００リットル程度の大きなものとすることができ、高純度Ｎ2でパージされる必要がある。このパージプロセスは、酸素及び他の有機物の無ｐｐｍレベルに達するのに数時間を要す場合がある。ＢＤＵのスキャナへの最初の導入時にはこのパージ時間は容認できるが、通常の運転時には非常に長いと考えられる。図１のミラー４０Ａ等のミラーは保守点検を必要とすると仮定する。これには、ＢＤＵを空気に晒す可能性があるミラーのＢＤＵからの取り外しを必要とするであろう。従って、短時間の保守点検手順（ミラーの交換）であるはずが非常に長いパージ手順となる。ＢＤＵにおけるビーム経路の品質を回復させるための長いパージ時間に関連する相当な遅延を回避するために、図７に示すように、ＢＤＵ内の各々のミラーの両側にＢＤＵシャッタユニット６２が付加される。
【０１０６】
ここで、ＢＤＵ内には、ＢＤＵ内の他の領域を隔離するための保守点検シャッタを挿入できる幾つかの挿入部分が設けられている。これらのシャッタは、通常運転時には挿入されない。例えば、図７に示すように、隔離を必要とするミラー６０の間で２つのシャッタが摺動し、その後、ミラー自体が交換される。その後、この露出領域はここで数分間Ｎ2パージされる。ここではパージの間隔は、空気に晒される容積がＢＤＵの全容積に比べて非常に少ないので非常に短くなる。保守点検中、パージが各シャッタの間の領域以外の全ての領域で継続されることが好ましい。
【０１０７】
別の技術は、図１１Ｏに示すように、ビーム管フラッパセグメントを使用することである。これは、点線３０１で示すようにモジュールが接続されている場合には開き、３０３にて示すようにモジュールが取り外されている場合には閉じる機械式フラッパ弁を有する短いビームセグメントである。図示されていないスプリングは、３０３で示す位置にフラッパを保持するのに十分な力を与え、この力は、空洞３０５内のパージガス圧力（大気圧以上）によって補われることになる。光学部品モジュールを場所３０７に取り付けると、フラッパは強制的に位置３０１になりフラッパセグメントが開くことになる。
【０１０８】
レーザのＢＤＵ部
スキャナの入口ポートにレーザ光を供給する別の利点は、ビーム伝達ユニットが、設計及び製造に対してだけではなく、停止時間を最小限に抑えてシステムの有用性を高めるための積極的な予防保守に対するレーザ納入業者側の責任となる点にある。
【０１０９】
種々のレーザ−ＢＤＵ−スキャナ構成
別の利点は、ビーム伝達ユニットが、リソグラフィマシンに対してレーザの位置に適合するように、レーザシステムの一部として設計できる点にある。図１は、一般的な構成を示すが、多くのリソグラフィ設備は独自のものであり、他の多くの構成が利用されることが予想される。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、可能性のあるレーザ−ＢＤＵ−スキャナ構成の一部を示す。
【０１１０】
第２の試作ビーム伝達ユニット
本出願人が製作して試験した製造準備が完了した第２の試作ビーム伝達ユニットを図１１Ａに示す。レーザシステムの出力は、３００で示す位置でＢＤＵに入り、ＢＤＵは、ビームを３０２で示す位置のステッパモータに供給する。ビーム経路は完全に封じ込まれており窒素でパージされている。このユニットは、測定モジュール３８及び２つの高速精密回転ミラー４０Ａ及び４０Ｂを含む。ビーム安定化制御装置は３９で示されている。試作ユニットの別の図を図１１Ｂに示す。
【０１１１】
２つの高速精密回転ミラーのうちの１つを図１１Ｃに示す。このミラーユニットは３０４で示されている。このミラーは、１ミリラジアン範囲を有する超高速２軸圧電駆動装置高速ステアリングミラー３０５を含む。ミラー３０５及びその上でミラーが作動する基部３０６は、２つのピコモータ３０８及び３１０と枢軸玉継手（図示せず）とで構成されたピコモータステアリングユニット３０７によって駆動される。ピコモータステアリングユニットは、９ミリラジアンのチップチルト回転範囲をもたらす。
【０１１２】
図１１Ｄは、高速ステアリングミラー３０５を駆動する圧電駆動ユニット３０５Ａの図である。駆動ユニットは、金属ケーシング３０５Ｂ内に取り付けられた４つの圧電駆動ユニットで構成される。ケーシング３０５Ｂの壁部に切り込まれた撓み機構３０５Ｃにより、ミラー３０５用のミラーユニットのきちんと制御された精密枢動が可能になる。
【０１１３】
図１１Ｅは、ピコモータステアリングユニット３０７を示し、図１１Ｆは、２つのピコモータがこのユニットをどのように回転させてチップチルトをもたらすかを示す。モータは、スプリングユニット３０９に抗して作動する。高速ステアリングミラー３０５は、ユニット３０７の円形空洞に嵌合する。図１１Ｃに示すような高速ステアリングユニット駆動装置は、米国マサチューセッツ州アルバーン所在のＰｏｌｙｔｅｃ  ＰＩ社等の納入業者から入手できる。
【０１１４】
ビーム位置及びビーム方向は、ステッパマシンの入力ポートの安定化モジュール３８によってモニタされる。４つの５１２画素フォトダイオードアレイが、水平角度、垂直角度、水平位置、及び垂直位置をモニタするために使用される。図１１Ｇに示すように、レーザ光の一部は、３１２で取得されて縮小され、楔部３１４及びビーム分割器３１６を用いて４つの別個のビームに分割され、その後、４つのフォトダイオードアレイ３１８Ａ、３１８Ｂ、３１８Ｃ、及び３１８Ｄに導かれる。ビーム位置及び方向をモニタする技術は、「ビーム照準制御」のセクションで説明されている。図１１Ｈ及び図１１Ｊは、安定化モジュール３８によって収集されたデータに基づいてミラー４０Ａ及び４０Ｂを制御するための好適なアルゴリズムを示す。
【０１１５】
この好適なアルゴリズムにおいては、回転ミラー４０Ａは、ビーム伝達ユニットの出力部にてビーム位置を制御するのに使用され、回転ミラー４０Ｂは、出力部にてビームを制御するのに使用される。
【０１１６】
高速ステアリングミラーの応答性は高く、ピコモータユニットは、長期ドリフトを制御し、光学部品が再度位置合わせされる場合に補正を行う。
【０１１７】
第２の試作機の試験結果
このビーム伝達ユニットの優れた性能を示す実際の試験データを、図１１Ｋ、図１１Ｌ、図１１Ｍ、図１１Ｎに示す。図１１Ｋは制御オン及びオフによる角度制御を示す。図１１Ｌは位置制御を示す。図１１Ｍは低出力エネルギーでの角度制御を示し、図１１Ｎは低出力エネルギーでの位置制御を示す。全ての場合において、制御値は、点線で示す規格内の目標値に良好に維持され、非制御値は、全体的に規格を外れている。
【０１１８】
偏光に関する検討
主発振器空洞共振器において、２つの窓及び３つのプリズムを含む光学部品は、表面が垂直方向に向いた状態で配向され、レーザ光の成長と共に、ブルースター角に近い複数の入射角が得られる。従って、主発振器を出るビーム１４Ａは、強く偏光され、ビーム電場成分の約９８パーセントが水平方向であり、約２パーセントが垂直方向である。
【０１１９】
ビーム回転のために誘電体被覆ミラーを４５°で使用する場合、これらのミラーを用いてＳ偏光が約９７パーセント反射されるがＰ偏光は９０パーセントから９２パーセントしか反射されないので、偏光の影響を考慮することが重要である。（Ｐ偏光とは、ビーム方向と、ビーム方向と光学面との交差点での光学面に垂直なラインとによって定義される面にある光の電場成分である。Ｓ偏光とは、表面の面の光の電場成分の方向であり、Ｐ偏光に対して垂直方向である）。従って、回転ミラーからの反射を最大限にするためには、Ｓ偏光方向が入射ビームの偏光に一致することが重要である。ミラー４０Ａ及び４０Ｂの両者は、Ｓ偏光方向が水平方向であり、出力ビーム１４Ｃの光の約９８パーセントの電場方向に一致するように配向されていることが分かるはずである。従って、これらのミラーからの反射は約９７パーセントであるべきである。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示すＢＤＵのミラーの全ては、水平方向に偏光される光の最大の反射で適切に配向される。しかしながら、図４Ｄの５０に示すミラーは、このミラーによる反射がわずか約９０パーセントから９２パーセントとなるように、Ｐ偏光方向がビーム内の光の９８パーセントの電場方向の方向になるように配向される。この場合、本出願人の好適な解決策は、ビームを図４Ｄの５０の位置で９０°だけ回転させる２つのプリズムを使用することである。この技術を図６に示す。６７．２°の頂点角度（角度は重要）を有する２つのプリズム５２及び５４は、Ｓ偏光された光に関する入射角を９０°変更することができる。ビームは、ブルースター角でプリズムを出入りするので、水平方向では光の反射は全くない。ビームの垂直方向で偏光される部分のほとんどは第１のプリズムによって反射されることになる。このレイアウトは、１９２ｎｍプリズム及びＣａＦ2プリズムについて行われる。（２４８ｎｍ又は１５７ｎｍについては若干の変更が必要となる）。被覆が施されていないのでこの組立体の寿命は非常に長い。
【０１２０】
水平方向の偏光光が図４Ｄの位置５０で２つのプリズムを通過すると、電場成分の実質的に全ての偏光方向は、図６に示す矢印５３Ａ及び５３Ｂで示されるように、水平方向から垂直方向に方向が変わる。従って、ミラー５６において、ビームの電場成分は実質的に全てが垂直方向なので、垂直方向に取り付けられたミラー５６は、ビームに対してＳ偏光配向を行い、光の約９７パーセントは、ミラー５６によって反射される。
【０１２１】
特殊カットされたＣａＦ2チャンバ窓
本出願人は、固有複屈折による偏光損失は、結晶窓製作時のＣａＦ2インゴットからの結晶窓の適切なカットによって大幅に最小化できると判断している。
【０１２２】
本出願人によるＣａＦ2の最近の試験の結果、意外にも、高フルエンス時にはＣａＦ2の小さな固有複屈折が１９３ｎｍレーザ光の偏光を回転させることになることが分かった。この影響は１９３ｎｍレーザでは許容できるが、１５７ｎｍレーザではこの問題は大幅に悪化することになる。ＤＵＶレーザの偏光制御は、レーザの適切な作動には非常に重要であり、顧客仕様を満たす必要がある。固有複屈折を最小限に抑え、配向に対する感度を最小限に抑えるＣａＦ2の特殊なカット及び配向について以下で説明する。
【０１２３】
ＣａＦ2は、＜１１１＞及び＜１００＞方向では固有複屈折はゼロである。ＣａＦ2の好適な成長方向並びに光学部品の一般的な配向は＜１１１＞方向である。図１４Ａは、図１４Ｄに示すような入射ビーム方向とＣａＦ2［００１］方向との間の角度の関数としての固有複屈折の計算値を示す。これらの影響の詳細な説明は、Ｊ．Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔ他著の文献（ＪＭ３、１巻、３番、２００２年１０月）に記載されている。
【０１２４】
入射角７０°で取り付けられることになるレーザチャンバ窓（図１に示すＰＡ室１０に好適な窓配向である）に関して、窓は、以下の要領でカットされてマーキングされることが好ましい。図１４Ａから、＜１１１＞及び＜１００＞（＜１００＞は＜００１＞及び＜０１０＞と等価）の方向の複屈折は明らかにゼロである。しかしながら、＜１００＞方向（＜０１０＞及び＜００１＞を含む）の方がわずかな配向ミスに対しては感度がはるかに小さい。光学的配向に関する一般的な仕様は±２．０°である。
【０１２５】
スネルの法則を用いて、本出願人は、１５７．６３ｎｍ及び７０°の入射角においてレーザ光が面の垂直方向から３７．０８°の位置を進むと計算した。＜１００＞方向は＜１１１＞方向から５４．７４°の位置にあることから、特殊カットの方向は、＜１１１＞方向から［５４．７４−３７．０８＝１７．５８°］と決定できる。しかしながら、インゴットは、２つの特定の軸に沿って適切に方向を合わせる必要がある。結晶配向技術（Ｘ線回折、へき開面等）を用いて、＜１１０＞方向を円筒形インゴット上で特定する必要がある。＜１１０＞方向が垂直方向（図１４Ｃで示すと頁に収まらない）を指している状態で、インゴットは＜１１１＞方向に対して１７．５８°（円筒形軸線に平行）でカットすることができる。図１４Ｂに示すようにレーザシステム内で適切に配向できるように窓にマーキングを施す必要がある。本発明は、他の入射角を使用することもできる。例えば、４７°では、窓は、＜１１１＞から２６．７６°でカットされることになる。
【０１２６】
複屈折試験及びＣａＦ2光学部品のクロッキング
本出願人は、前述のＣａＦ2複屈折の悪影響は、複屈折性として知られているＭｇＦ2光学部品に対して本出願人が数年前に開発した「クロッキング」技術を用いると大幅に最小化できることを発見している。
【０１２７】
図１５Ａは、ＣａＦ2窓の複屈折を測定するために使用される光学的配置を示す。線幅狭小化された２４８ｎｍレーザ３００からの出力は、大きな水平偏光角を保証するブルースター板３０２で反射する。その後、ビームは試験用サンプルを通過し、最終的には、最小反射配向に保持された別のブルースター板３０４からの反射エネルギーを測定することによって解析される。
【０１２８】
試験用サンプルに何らかの複屈折を呈すると、複屈折よってビームエネルギーの一部が回転して垂直方向の偏光となり、結果的にブルースター板の後に配置されているパワーセル３０６に検出されることになる。サンプルが所定位置にない状態では、ブルースター板は、ブルースター角を最も精密に求めるために最小の信号が得られるように調整される。ビームの偏光率は、反射ビームとブルースター板を通る伝達ビームの強度レベルに基づいて少なくとも１０００：１と推定される。ブルースター角が設定されると、レーザシャッタが閉じられて、パワーセルに関するゼロレベルが記録され、その後の全ての読取値から差し引かれる。
【０１２９】
サンプルは、従来技術のチャンバに一般的に使用される４７°の入射角をシミュレーションするように位置決めされた回転台に保持される。回転台は、サンプルを中心軸回りに回転させ、パワーセル読取値が記録される。回転台の機構のために、ビームは、各々のデータ点を得るためにサンプルの別の部分を通過できない。サンプル上に又はサンプル内に塵や他の異物があると、これらのものがビーム経路内に持ち込まれる角度については、測定値はその影響を受けることになる。
【０１３０】
典型的な測定結果を図１５Ｂに示す。ＣａＦ2結晶が３面対称形であるために、６つの最小値及び６つの最大値があるはずである。最小値は、理論的には複屈折がゼロの角度に対応する。６つの最大値のうち、３つは左回転に対応し、他の３つは右回転に対応する。
【０１３１】
数年前に本出願人が開発した独自の測定法では、ＭｇＦ2板をサンプルの前側に配置してサンプルを不要な偏光内の一部のレーザエネルギーに露出させるようになっていた。この方法は、対称形のＣａＦ2結晶が周期的に偏光部を左回りに回転させた後に右回りに回転させるので、０°から３６０°まで測定時には興味ある波形をもたらす。望ましいこれらの光学部品の使用は、不要な偏光を最小限に抑えることを目的としているので、図１５Ｂの３０８に示すような、光学部品に対する、最小「信号方法」を生成する回転が選択される。
【０１３２】
適切にクロック処理されたチャンバ窓がこの状況を改善する助けになるかを試験するために、適切にクロック処理された配向と、悪い場合の配向の両方に対して、複屈折をモニタしながらＣａＦ2窓を加熱した。この光学部品は、約２フィート離れた場所に配置したヒートガンで加熱し、両方のクロッキング配向を同じに位置合わせした。この光学部品は、複屈折の測定に使用される保持器で保持したので膨張しなかった。
【０１３３】
図１５Ｃは、両方の配向について不要な偏光の測定結果と時間を示す。適切にクロック処理された結果は、約４倍の不要な偏光の低減を示す。また、図１５Ｂに示す２つの選択された終了位置から予想される、未加熱時の不要な偏光信号の差異に留意されたい。また、興味深い点として、クロッキング配向が不適切な場合、不要な偏光信号は、まずゼロを通過して増加する前に方向が変化する。この曲線形状は、「半波整流」を行わない場合には、ゼロを通って負の値になり素晴らしい指数形状になることが想像できる。
【０１３４】
ＴＩＲ回転プリズムの場合のＣａＦ2結晶の配向
図３Ａから図３Ｆに示すＴＩＲ回転プリズム及びビーム反転プリズムに関し、ビームは、光学部品内では相互に直交する２つの方向に進む。偏光シフトの悪い結果を最小限に抑えるために、ＣａＦ2結晶は、両方のビームが＜１００＞、＜０１０＞、又は＜００１＞の結晶軸線の方向に伝搬するようにカット及び配向されることが好ましい。また、ビーム偏光は、図３Ａ（１）及び図３Ｂ（１）に示すこれらの軸線の１つに位置合わせされる必要がある。この構成において、ビームの位置合わせミスをモニタするための固有複屈折の感度は最小である（図１４Ａ及び図１４Ｄを比較されたい、また、前述のＢｕｒｎｅｔｔの文献を参照されたい）。
【０１３５】
ビーム分割器におけるＣａＦ2結晶の配向
ビームは、相互に直交しない２つの方向でパルス伸張器ビーム分割器を伝搬する。両方のビームの伝搬面を主立体結晶面の１つ（即ち、（１００）、（０１０）又は（００１））に平行に保って、入射ビームの偏光方向が主結晶方向の１つ（即ち、＜１００＞、＜０１０＞又は＜００１＞）と整列するように結晶を配向することによって、固有複屈折の悪影響を取り除くことができる。例えば、図３Ｈに示すように、ビーム分割器の前面は（１００）面に平行にカットされており（＜１００＞方向に垂直方向）、ビーム分割器は、結晶の＜００１＞方向が入射ビームの偏光方向（即ち、水平方向）と一致するように配向される。この構成部品は回転対称なので、チャンバ窓に関する前述のクロッキング技術を適用でき、ビーム分割器を通るビームの各々のパスに対して、高い精度で伝搬面（即ち、ビーム下流側と偏光方向によって構成される面）を確実に（００１）面と平行にできる。
【０１３６】
ＣａＦ2ビーム拡張プリズムにおける結晶配向
ここ数年、本出願人が利用している一般的な従来技術による線幅狭小化モジュールにおいて、ビーム拡張に使用される３又は４つの直角プリズムが存在するが、ここでは、入射ビーム（レーザ室からに）は、各々のプリズム出口面に対して略垂直方向に出ていく。（線幅狭小化モジュールは、図１の８Ｂに示されている）。この出口面が（１００）面である場合、ビームは、ほぼ＜１００＞方向の結晶を通って伝搬する。前述のＢｕｒｎｅｔｔによれば、これによって、完全に位置合わせされていた場合には固有複屈折はゼロになり、また、角変動が最小である限り固有複屈折はゼロに近い。従って、好適な実施形態において、これらのプリズムの出口面は（１００）面である必要がある。
【０１３７】
ＭｇＦ2窓のクロッキング
ＣａＦ2チャンバ窓を方位角によって配向する必要性の発見により、即座にＭｇＦ2  Ｃ−カット材料で同じ作動を行わせるニーズが示された。本出願人は、ＭｇＦ2の公知の複屈折性のために、材料がビーム伝搬方向に対して合成角にて配向される場合には、軸外カットのＭｇＦ2の「クロッキング」を慎重に配向するニーズに気付いていた。その後、本出願人は、Ｃ−カット材料を「クロック」する明確なニーズがあることを理解しており、これは製造時に無くすことが難しい結晶カットにおける小さな角度エラーに起因するものである。結果的に、全てのＭｇＦ2部は、Ｃ−軸に沿って完全にカットした場合を除き（実際的には保証することが難しいであろう）、高次位相差板として作動する。このような部分が方位角方向に正しく配向されていない場合、材料を通過する伝搬時の正味偏光回転は材料の熱状態に大きく左右され、このことは、本出願において非常に望ましくない負荷サイクル／光学的出力負荷に依存する偏光につながる可能性がある。
【０１３８】
クロッキングプロセスは、基本的には前述のＣａＦ2のものと同一である。このプロセスは、以下のように要約される。複屈折軸線を規定する。使用される方向に光学素子を取り付ける。マウントは、表面と直交する軸線回りに回転できる必要がある。高度に線形偏光された光で照射する（化学線作用をもつ、できるだけ短い波長が好ましい）。一部が所定の軸線回りに３６０°回転する際に、直交偏光をモニタする解析偏光器でモニタする。最大値及び最小値の発振パターンを観察する。次に、パーツを最良の最小値（即ち、最小の偏光回転）に対応する方向に取り付ける必要がある。前述の配向でパーツを取り付ける。
【０１３９】
単軸複屈折プリズムの配向
前述のように、ＣａＦ2光学部品は、主としてＡｒＦレーザ及びＦ2レーザ光経路の高強度部分で使用されている。しかしながら、やはり前述したように、超高フルエンスによる表面損傷は、これらのレーザシステムにおけるＣａＦ2の使用を制限する場合がある。ＭｇＦ2は、ＣａＦ2と同様の損傷は呈しないが、ＣａＦ2は非複屈折であり、ＭｇＦ2は単軸複屈折である。偏光された紫外線は、単軸複屈折結晶のＣ軸線に対して平行であるか又は垂直である偏光面をもつ必要があり、そうでなければ、入射面からの偏光部の回転が存在することになる。さらに、プリズムは、プリズム面に対する偏光照射の入射角が位置合わせ及び光学系の最適化のために調整される用途でもって使用される場合が多い。これらの制約に対処するために、本出願人は、単軸複屈折ＭｇＦ2結晶のＣ軸線が入射ビームと直交すると共に、プリズムの入射面及び出口面と平行である構成を提案している。この場合、図１３Ａに示すように入射角θを変更しても、偏光状態又はプリズム媒質の屈折率は変化しない。
【０１４０】
図１３Ａから図１３Ｄに示すように、プリズムは、該プリズムの上面に対して垂直に配向された単軸複屈折結晶のＣ軸線でカットする必要がある。軸線の配向ミスは最小限に抑える必要がある（一般に０．５％未満）。従って、プリズムは、図１３Ｂに示すようなビーム拡張プリズムビーム、収縮プリズム（図１３Ｂの逆）、全内部反射プリズム（図１３Ｃ）、又は分散プリズムとして使用することができ、各々の場合において、入射ビームは結晶のＣ軸線に垂直でなければならない。入射ビームの偏光状態は、面外成分が最小であるＰ偏光又はＳ偏光でなければならない。この構成において、入射面外からの偏光割合はＣ軸の配向ミスに左右されることになり、本明細書で説明するレーザシステムの出力ビームは典型的に９９パーセント以上偏光されるのでパラメータを最小限に抑えることができる。
【０１４１】
高速、水冷式シャッタ・エネルギー検出器モジュール
図１に２００で示す自動シャッタモジュールは、パルスエネルギー検出器、較正出力プローブ、及び高速軽量シャッタを含む。図１６Ａは、モジュールの図を示す。ビームは、２０２にてモジュールに入り、微量のビームがビーム分割器（図示せず）及びミラー（図示せず）によって光検出器２０４に反射され、光検出器２０４は、レーザシステム４を出る際のレーザ光の各々のパルスのパルスエネルギーを測定する。図１６Ａは、出力プローブのアクチュエータ及びシャッタが配置されるアクチュエータボリューム２０６を示す。また、図１６Ａには、アクチュエータシリンダ（Ｂｉｍｂａシリンダと呼ぶ）、タイロッド、リミットスイッチ、シール、プッシュロッド、及び５ポート３ポジション式電磁弁が示されている。
【０１４２】
図１６Ｂは、出力プローブ２０８及びシャッタ２１０を示すモジュールの別の図である。
【０１４３】
光検出器
光検出器は、自動シャッタ内の静止位置に取り付けられる。ビーム分割器は、ビームの一部を光検出器に変向させるために使用される。光検出器はビームの一部のみを変向するので、放出間基準でビーム特性を捕捉することができる。検出器の性能は時間的に変わり、その変化を捕捉するために、出力プローブを用い一定間隔で較正が行われる。
【０１４４】
出力プローブ
図１６Ｂ、図１６Ｅ及び図１６Ｆに示す出力プローブ２０８は、光検出器を較正するためにレーザの放出前にビームの出力を測定する。放出間基準の出力較正は必要ない。出力プローブは、所望であれば、常に出力を測定するためにビーム経路に挿入することができる。出力プローブは、米国オレゴシ州ポートランド所在のＭｏｌｅｃｔｒｏｎ社製Ｍｏｌｅｃｔｒｏｎ  ＰＭ−１１７４が利用され、これはシャッタとの熱境界をもたらすハウジングに再パッケージされる。
【０１４５】
シャッタ
シャッタ２１０は、光がレーザから放出されるのを停止するために使用される。光は、シャッタ内の空洞に入り、出力がニッケルメッキアルミナ表面に吸収される。ニッケルは、優れた出力吸収特性をもつと同時にこの表が本質的に清浄なので使用される。吸収された出力は熱に変換され、フィン境界を介して出力プローブハウジングに伝達される。熱放出を助けるために、フィンの間には穴が開けられており、パージガスが、図１６Ｂの２１２で示されるＮ２パージからフィンを通って供給される。
【０１４６】
シャッタ２１０は、２箇所でシャッタ台に取り付けられており、この２箇所は、シャッタ台への熱伝達を低減するために可能な限り小型になるように設計されている。シャッタ台は、シャッタをレール２１６及び２１８で支持する。シャッタ台は、熱膨張係数の低いインバー製である。その結果、温度上昇によるベアリング組立体への負荷を低減し、ベアリングの固着を防止するデザインになっている。図１６Ｃは、レーザ光がシャッタによって捕捉される様子を示す。ビームは、２１４で示すようにシャッタに入り、シャッタから出るには５回の反射を行うことが必要とされる。しかし、反射面はこの波長の紫外線の非常に優れた吸収体であるニッケルで被覆されているので、各々の反射ではエネルギーの９０パーセントが吸収される。
【０１４７】
シャッタ及び出力プローブの作動
シャッタ及び出力プローブは、図１６Ｂに示すようにレール２１６及び２１８上を摺動し、プッシュロッドを介して空圧シリンダに接続される。シャッタには、３位置式Ｂｉｍｂａシリンダ（部品番号ＣＴＥ−００４２５−Ａ）を利用し、出力プローブには、２位置式Ｂｉｍｂａシリンダ（部品番号ＣＴＥ−００４２６−Ａ）を利用する（米国イリノイ州モニー所在のＢｉｍｂａ社）。各々のシリンダにはリターンスプリングが組み込まれており、モジュールへの電力又はガスが供給されなくなった場合には確実に、プローブが挿入されている場合は該プローブを格納位置に戻し、シャッタを閉位置に戻すことでき、レーザの発射時であれば保護及びフェイルセーフ状態を満たすようになっている。
【０１４８】
シャッタには開状態、閉状態、及び格納状態の３つの状態をもつ。開状態と閉状態との間、及び閉状態と開状態との間のシリンダの動きは、モジュールに取り付けられた図１６Ａの２２０に示す５ポート３ポジション式電磁弁によってもたらされる。電磁弁組立体は、米国ジョージア州リボニア所在のＲｏｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ社製である（部品番号２８７７Ａ１１２０Ｃ）。シャッタ開閉機能の制御はモジュールによって行われ、シャッタ速度を遅くするようになっており、機能は顧客にとって非常に重要であり、２００ｍｓ未満である必要がある。
【０１４９】
レーザガス管理サブシステムは、シャッタを格納位置に移動させて出力計を挿入するのに必要なバルブを備える。シャッタは出力プローブを挿入するために格納される。
【０１５０】
シャッタ及び出力プローブの位置は、リミットスイッチを利用して得ることができる。位置状態は制御システムとリンクしており、ソフトウェアコードによって、確実に、速度要件が達成され、シャッタと出力プローブと間の衝突が回避される。
【０１５１】
図１６Ｇ、図１６Ｈ、及び図１６Ｉは、シャッタ及び出力プローブの種々の位置を示す。図１６Ｇにおいて、シャッタは、通常のレーザシステム作動の場合と同様に開状態である。図１６Ｈにおいて、シャッタは格納され、出力プローブは所定位置にあるので、全レーザ光が出力プローブ２０８で捕捉され、レーザ光エネルギーがモニタされる。水冷ライン２２２を通るプローブからの水流によって、ビームエネルギーに関する温度が平衡状態に維持される。図１６Ｉは、格納状態の出力プローブ及び閉状態のシャッタを示す。この場合、シャッタは、４０ワットにも場合があるレーザ光全体を捕捉する。シャッタは、非常に軽量ではあるがこの出力の全てを分散させることができ、その大半は図中では出力プローブ２０８の対応するフィン２２６と一体化されている２１枚の冷却フィン２２４を通る。その後、熱は、可撓性冷却水ライン２２２を通る冷却水によって出力プローブ２０８から除去される。
【０１５２】
その他の改良点
固定エネルギー出力
一般に、利得媒質からシリコンウェーハまでのビーム経路にある全ての光学部品は、各々のパルス及び複数のパルス内の光の強度の関数として経時的に劣化する。しかしながら、過去数年にわたる大きな改良により、その劣化が緩やかであり、一般的に何十億のパルスで測定される。それでも、劣化は、４０００Ｈｚ、１５パーセントの使用率での２４時間運転では、リソグラフィシステムが約３週間で１０億パルスを蓄積することになるので重要である。以上の理由から、一定のビーム品質を維持することが課題になる可能性がある。これまで、リソグラフィシステムの構成部品の耐用期間にわたって一定のビーム品質を維持しようとする努力は、大部分のレーザ制御機能のレーザ光品質が、出力カプラの直下流のレーザシステム出力部で測定されていたために複雑なものであった。本発明は、スキャナマシンの入力ポートで直接的なパルス間基準のフィードバック制御を行い、レーザシステムの一部としてビーム伝達ユニットを設けることによって、上記の問題を大幅に緩和するものである。好適な実施形態において、ビーム伝達ユニットは、パルス強度を低減すると共にビーム品質を実質的に改善して、最先端のレーザ光源のパルスエネルギーの２、３倍を生成する前述のＭＯＰＡシステムと組み合わされる。従って、本構成において本発明は、ビーム経路の長さにわたる光学部品の実質的な劣化にもかかわらず、リソグラフィシステムの耐用期間にわたって一定のビーム品質及び強度でステッパマシンのオペレータの要求を満足する照射を行う。これは、設備寿命の全ての段階で所望の公称性能を実現するように、意図的にレーザシステムを運転することによって達成できる。
【０１５３】
パルスエネルギー低減技術
意図的にパルスエネルギーを低減する技術としては、放電電圧を低減する、又は、ガス圧又はフッ素濃度を低減するという通常の技術を挙げることができる。特定のエネルギー低減は、これら２つの技術で行うことができるが、利得媒質が飽和範囲を下回る範囲でこれらの技術を利用すると、ビーム品質は悪影響を受けることになる。ビームの減衰は別の可能性である。これは、全ての構成部品が新しい設備寿命の初期の段階においては、最適な品質及び強度以下で照射を行うようにレーザを操作できるが、（所望であれば）品質及び強度値をリソグラフィシステムの耐用期間を通して一定に維持できることを意味している。このアプローチでは、非常に高価なレーザシステムだけではなく、更に高価なステッパマシンの耐用期間を実質的に延ばすことができる。図５は、本出願人が製造及び試験した試作ＭＯＰＡレーザシステムの場合の充電電圧：パルスエネルギー出力のプロットである。このグラフでは、単に充電電圧を変更するだけで約７ｍＪから３０ｍＪの間でレーザシステム出力を変更できることを示している。例えば、公称運転パラメータが１５ｍＪである場合、図５のグラフは、レーザシステムには、長い設備耐用期間にわたって光学部品の劣化を補償する余分な能力が十分にあることを示している。ビーム品質を維持しながら（向上さえさせながらが）パルスエネルギーを低減するための別の技術は、少量のキセノンをレーザガスに添加することである。また、本技術分野では、ビーム品質を向上させるために一部に酸素が使用されている。キセノン又は他の希ガス及び酸素といった添加物は、ビーム品質を向上させ、出力を安定化させることが知られているが（米国特許第５，９８２，８００号、米国特許第６，０１４，３９８号、米国特許第６，１８８，７１０号を参照されたい。これらの特許の開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている）、これらの添加物は、従来、出力を低減するか又は所望のレベルに維持する目的には使用されていなかった。好適な実施形態における最大ＭＯＰＡ出力は、現在の最先端技術によるレーザシステムの最大出力が約１０ｍＪであるのに対して、３０ｍＪ／パルス（最大約４０ｍＪ／パルス）であり、前述の考えを用いれば大きな耐用期間の改善が予想される。
【０１５４】
ビーム経路パージ
好適な実施形態において、レーザ室の外側のビーム経路の全ての部分は、Ｎ２でパージされるが３つの例外がある。（１）線幅狭小化パッケージ及びレーザ室８ＣとＬＮＰとの間の経路の一部はヘリウムでパージされ、（２）波長及び帯域幅を測定するためのＬＡＭ、ＳＡＭ、及びＢＡＭのエタロン室は密封チャンバであり、（３）前述のように及び以下に説明するように、フッ素含有環境では高パルス強度に晒される一部の光学部品を封じ込める必要があるであろう。図１では、４２にパージガス供給部を示すが、パージラインは示されていない。パージ済みビーム経路の優れた例は、米国特許出願番号１０／０００，９９１に詳細に説明されており、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。この技術には、振動室と高感度レーザ光学部品との間の接続部での金属ベローズ及び簡易密封式真空高品質シールと、モジュールの素早い分離を可能にして保守又は点検のための素早いモジュール取り外しを可能にする、全ての別個のモジュール間の接続部での真空高品質シールが含まれる。図８Ａから図８Ｅは、ＬＮＰからスキャナまでのビーム経路における構成部品の接続を行うのに有用な部品９３Ａ、９３Ｂ、及び９３Ｃを有する、好適な簡易密封式ベローシールユニットを示す。図８Ｃ及び図８Ｅに示すクランプのいずれかを使用して、錫被覆金属Ｃシールを間に挟んだ状態で部品９３Ａ及び９３Ｂを互いに固定できる。図８Ｄは、組み付けられたシールユニットの一部を切り取ったものを示す。シールユニット内のシールは、好ましくは錫接触層を有する金属「Ｃ」シールである。この金属シールは、紫外線を受けても劣化せず、ガスにより汚染されない。ビームラインに沿った全てのモジュールは、０．０１ｓｃｃｓ未満の全漏れ率にて封じ込められる。パージボリュームへの逆拡散を最小限に抑えるために、全ての排気ラインは、密封マニホールドに至り、密封マニホールドは、逆止弁によって排気を行う。この配置によって、パージボリュームの全体にわたる一定の超過気圧約１１５ｋＰａが保証される。パージシステム内の「デッドボリューム」（未パージ又は不十分なパージボリューム）を防ぐために、図８Ｆに示すように、複数の入力／出力パージポートが選択位置に設けられている。レーザ作動時、ビーム経路全体は常に密封及びパージされたままである。ビームラインに沿った種々の場所での位置合わせプロセス時に確実に良好なパージを行うために、位置合わせターゲットは、シールを破壊することなく遠隔制御される公称ビーム位置において取り除くことができる。ビーム位置は、密封式のぞき窓から見ることができる。
【０１５５】
ビーム経路モニタ
酸素等の吸収ガスによる経路の汚染は実質的にビーム品質及びパルスエネルギーに影響を与える場合があるので、レーザ光の品質を確保するためにモニタを設けることが好ましい。複数のパージ経路を設けることが好ましい。流れモニタを使用してパージ流をモニタすることができるが、幾つかの納入業者から入手できるＯ２モニタ等の他のモニタを設けることもできる。別のビーム経路品質モニタとしては、米国オハイオ州デイトン所在のＡｕｄｉｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社等の納入業者から入手できるエレクトレット電子マイクを利用する音響モニタを挙げることができる。この形式のモニタについは、米国特許第１０，０００，９９１号に説明されており、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。好適な実施形態において、これらのモニタを利用して、ビーム経路パージによってビーム経路の汚染が十分に除去されるまで、リソグラフィオペレータによって運転停止後に製造を遅らせるために使用できる信号を供給する。
【０１５６】
ビームプロファイル・フリッピング
集積回路製造の場合、レーザ光のコヒーレンスは望ましくない。特徴的に、エキシマレーザ光のコヒーレンスは弱く、このことはこの光源が集積回路製造に良好である多くの理由のひとつである。しかしながら、ビーム品質の他の面は向上し続けるので、これらのレーザからのレーザ光のコヒーレンスであっても十分に弱くない場合がある。そのことが事実であることが判明すると、コヒーレンス・スクランブラを追加することができる。ビーム経路内の数箇所に追加することができる。有効な場所は、ビーム伝達ユニットではどこでもよいであろう。
【０１５７】
図９は、ビームプロファイル・フリッピング・コヒーレンス・スクランブラの一例を示す。これは、６０パーセントのビーム分割器６０、及び３つの最大反射ミラー６２、６４、及び６６で形成される。この配置によって、パルスは前述のパルス伸張器と類似の方法で各セグメントに分離される。しかし、この構成では、各々のセグメントのプロファイルは、先行セグメントに対して反転される。図９の例においては、入射パルス６８のプロファイルは、底辺に点がある三角形で表されている。第１のセグメントは、４０％のパルス強度で、６８Ａに示すのと同一のプロファイルで通過する。反射部分は各々のミラーで反射され、その６０パーセントがビーム分割器６０から反射され、そのセグメントは、プロファイル６８Ａに対して反転されている６８Ｂに示すプロファイルを有する。後続セグメントがコヒーレンス・スクランブラを通過すると、そのプロファイルの各々は、先行セグメントに対して反転される。従って、ビームの正味プロファイルはスクランブルされることになり、さらに重要な点は、いかなるコヒーレンスも同様にスクランブルされる点である。この実施形態において、底辺（ｌｅｇ）が第１のセグメントに続くセグメントの著しい遅延をもたらす程に十分な長さでない限り、著しいパルス伸張はない点に留意されたい。前述のように、パルスはすでに伸張されているので、ここでの底辺は数インチといった非常に短いものであり、その場合、セグメントは互いに重なり合うであろう。
【０１５８】
Ｏリング保護用紫外線遮光性被覆
図１に示すシステムの数箇所において、光学部品は、所定位置に保持されるか又はＯリング又は紫外線下で劣化する他の材料で密封される。レーザ光が光学素子を通過する際に、一部の光が光学部品内で数回内部反射して、最終的には紫外線感応材に吸収されて劣化が引き起こされる。このことは、感応材料と接触状態にある場所での光学部品上にＵＶ遮光性被覆（紫外線による劣化が生じない）を施すことによって回避できる。保護被覆としては、アルミニウム、Ａｌ2Ｏ3、ＳＣＯ2を挙げることができる。本出願人は、図１に８Ｂで示すＬＮＭ内でプリズムを所定位置に保持するエポキシ樹脂を保護するために、プリズム底部にアルミニウム被覆を使用した。図１に示すようなＬＡＭ７、ＳＡＭ９、及びＢＡＭ３８において、エタロンが波長及び帯域幅をモニタするために使用されている。エタロン板は、エタロンアルミニウム製ハウジング内でＲＴＶ接着剤の３つの小さな点でもって所定位置に保持される。この接着剤を劣化から保護するために、接着点の場所でのエタロン板の縁部を前述のように被覆する必要がある。
【０１５９】
ウェーハ面でのパルスエネルギー検出
本発明の好適な実施形態において、パルスエネルギー検出器４４はスキャナ内のウェーハ面４６に設けられている。この検出器からのパルスエネルギー信号は、レーザのエネルギー出力を直接的に制御するためにフィードバックループで使用できる。もしくは、この信号は、ウェーハ面で必要な照射をもたらすことになるＢＡＭ又はＳＡＭで測定される際にパルスエネルギーパラメータを決定する目的で使用できる。
【０１６０】
光学部品モニタ
本発明の好適な実施形態の出力パルスエネルギーは、現在使用されている最先端のリソグラフィレーザよりも約２倍以上のパルスエネルギーを生成する。繰返し率は、この最先端のレーザと少なくとも同じか又はそれ以上である。これらのパルスエネルギー及び繰返し率は、レーザシステム内及びその下流で使用されるミラー、レンズ、及びプリズムに対して潜在的な危険性をもたらす。これらの構成部品が劣化又は故障した場合、ビーム品質に悪影響を与える。しかしながら、多くのの光学部品がビーム内にある状態では劣化した光学部品を見つけることは難しいであろう。この問題の１つの好適な解決策は、構成部品の温度を簡単にモニタできるように熱電対を光学部品に取り付けることである。
【０１６１】
熱電対からの信号は、温度が所定の閾値を超えた場合に警告を行うようにプログラムできるデータ取得コンピュータによって定期的に読み取ることができる。好適な取り付け方法は、熱電対をミラーの裏面に半田又はエポキシ樹脂で取り付けることである。もしくは、熱電対は、レンズ及びプリズムの縁部、又はレンズ又はプリズムのマウント部に取り付けることもできる。
【０１６２】
本発明は、その範疇を変えることなく種々の変更を行うことができる。当業者であれば多くの他の可能性のある変形例を理解できるはずである。
【０１６３】
例えば、本発明の新規な特徴はＭＯＰＡレーザを使用して説明されているが、米国特許出願番号０９／８５４，０９７に説明されているような１室レーザシステムは、特にパルスエネルギーが５ｍＪを超える場合、本明細書で説明する改良点を利用することができ、これらの改良点は、パルスエネルギーが１０ｍＪを超える場合には必要であろう。リソグラフィの場合、ＡｒＦ、ＫｒＦ、又はＦ2システムを利用することができる。また、本明細書で説明する光学部品及び技術は、他の紫外線波長がより適切であろうリソグラフィ以外に適用して使用できる。本明細書での重要な改良点は、レーザシステムに、所望のビーム品質をもつ紫外線シード光を紫外線レーザ光源が必要となる装置の入力ポートに伝達するための装置を付加する点にある。表面損傷に対するＣａＦ2及びＭｇＦ2光学部品の耐性を改善するための他の技術としては、光学面が密封チャンバ内でＲＴＰランプにより急速に昇温される「急速熱処理」と呼ばれる公知のプロセスの使用を挙げることができる。本出願人は、ＰＴＰ処置時、密封チャンバ内に所定量のＦ2の追加（例えば１％）を提案する。また、本出願人は、光学部品が冷却及び基板を保護するのを助けるために被覆処理される場合には、被覆チャンバ内でＦ2ガス添加剤又はフッ素含有ガス（ＳｉＦ4又はＮＦ3など）を使用することを提案する。本明細書で言及した以外の種々のフィードバック制御方式を使用できる。図１に示したもの以外の多くの他のレーザレイアウト構成を使用できる。例えば、各チャンバは、並列に又はＰＡを下にして取り付けることができる。また、第２のレーザユニットは、部分反射ミラー等の出力カプラを含めることによって、ＭＯＰＯシステムを接続するためのスレーブ発振器として構成することができる。追加のミラー及び図１に示すユニット１２内のビーム分割器を使用して、別のパルス伸張を実現することができ、又は、ユニット１２と類似しているが長い遅延線を有する別のパルス伸張ユニットをユニット１２と直列に追加することができる。他の変形例も可能である。横流ファン以外のファンを使用することができる。これは４ｋＨｚよりも非常に大きな繰返し率で必要となるであろう。ファン及び熱交換器を放電室の外側に配置できる。光学部品の表面を保護するために必要とされるフッ素ガスは、フッ素発生器を使用して供給できる。また、フッ素トラップは、保護フッ素ガスを収容するエンクロージャをパージするために使用される任意のパージシステムの一部として設けることが好ましい。これらのトラップは公知であり、放電室からの排気ガスのフッ素を捕捉するために何年も使用されている。
【０１６４】
従って、以上の開示内容は制限的なものではなく、本発明の範疇は、特許請求項の範囲及びその均等物によって判断する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図１Ａ】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図１Ｂ】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図１Ｂ（１）】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図１Ｂ（２）】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図１Ｂ（３）】ビーム伝達ユニットを有するリソグラフィレーザシステムのレイアウトである。
【図２】パルス伸張器の特徴を示す。
【図２Ａ】パルス伸張器の特徴を示す。
【図２Ｂ】パルス伸張器の特徴を示す。
【図３Ａ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｂ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｃ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｄ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｅ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｆ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｇ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図３Ｈ】図１のレーザシステムのリレー光学部品の特徴を示す。
【図４Ａ】ビーム伝達の構成を示す。
【図４Ｂ】ビーム伝達の構成を示す。
【図４Ｃ】ビーム伝達の構成を示す。
【図４Ｄ】ビーム伝達の構成を示す。
【図５】パルスエネルギーｖｓ充電電圧のグラフである。
【図６】プリズムを用いてビームを９０度調整する方法を示す。
【図７】ビームがスキャナへ伝達されるレーザ光源を示す。
【図８Ａ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図８Ｂ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図８Ｃ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図８Ｄ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図８Ｅ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図８Ｆ】簡易密封式ベローシールを示す。
【図９】好適なパルス伸張器の特徴を示す。
【図１０Ａ】ビーム伝達ユニットを示す。
【図１０Ｂ】ビーム角及びビーム位置をモニタするための測定モニタの詳細を示す。
【図１０Ｃ】照準エラーをモニタするための方法を示す。
【図１０Ｄ１】照準エラーをモニタするための方法を示す。
【図１０Ｄ２】照準エラーをモニタするための方法を示す。
【図１０Ｄ３】照準エラーをモニタするための技術を示す図である。
【図１０Ｅ】ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。
【図１０Ｆ】ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。
【図１０Ｇ】ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。
【図１０Ｈ】ビーム照準制御システムの性能を明らかにする試験チャートを示す。
【図１１】ビーム拡張器を電力増幅器出力窓構造体に収容するための方法を示す。
【図１１Ａ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｂ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｃ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｄ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｅ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｆ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｇ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｈ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｉ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｊ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｋ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｌ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｍ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｎ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１１Ｏ】ビーム伝達ユニットの特徴を示す。
【図１２】電力増幅器下流のエンクロージャ内にＦ2環境をもたらす方法を示す。
【図１３Ａ】レーザシステム内にＭｇＦ2プリズムを準備して使用する方法を示す。
【図１３Ｂ】レーザシステム内にＭｇＦ2プリズムを準備して使用する方法を示す。
【図１３Ｃ】レーザシステム内にＭｇＦ2プリズムを準備して使用する方法を示す。
【図１３Ｄ】レーザシステム内にＭｇＦ2プリズムを準備して使用する方法を示す。
【図１４Ａ】ＣａＦ2窓及びビーム分割器を準備するための方法を示す。
【図１４Ｂ】ＣａＦ2窓及びビーム分割器を準備するための方法を示す。
【図１４Ｃ】ＣａＦ2窓及びビーム分割器を準備するための方法を示す。
【図１４Ｄ】ＣａＦ2窓及びビーム分割器を準備するための方法を示す。
【図１５Ａ】複屈折窓及びビーム分割器の時間を計測するための方法を示す。
【図１５Ｂ】複屈折窓及びビーム分割器の時間を計測するための方法を示す。
【図１５Ｃ】複屈折窓及びビーム分割器の時間を計測するための方法を示す。
【図１６Ａ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｂ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｃ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｄ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｅ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｆ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｇ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｈ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１６Ｉ】組み合わせビームエネルギー検出器及び高速シャッタの特徴を示す。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ（１）】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｂ（１）】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｈ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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2005524998.tif 000032
【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ１】
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【図１０Ｄ２】
2005524998.tif 000039
【図１０Ｄ３】
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【図１０Ｅ】
2005524998.tif 000041
【図１０Ｆ】
2005524998.tif 000042
【図１０Ｇ】
2005524998.tif 000043
【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１１Ｊ】
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【図１１Ｋ】
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【図１１Ｌ】
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【図１１Ｍ】
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【図１１Ｎ】
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【図１１Ｏ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
2005524998.tif 000071
【図１６Ｂ】
2005524998.tif 000072
【図１６Ｃ】
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2005524998.tif 000074
2005524998.tif 000075
【図１６Ｇ】
2005524998.tif 000076
【図１６Ｈ】
2005524998.tif 000077
【図１６Ｉ】
2005524998.tif 000078
【国際調査報告】
2005524998.tif 000079