(57)【要約】この開示は、ビームパラメータを有利に安定化し、結晶寿命を延長する方法および装置を提供する。一側面において、ＵＶレーザ装置（１００）は、非線形結晶（１０４）と、レーザ源（１０２）と、ビーム結晶ディスプレーサ（１０６）と、ビームパラメータモニタ（１０８）と、レーザ制御ユニット（１１０）とを含む。レーザ源（１０２）は、ＵＶビームを生み出すために源ビーム（１０２ｌ）を非線形結晶（１０４）に向け、ビーム結晶ディスプレーサ（１０６）は、源ビーム（１０２ｌ）に対して非線形結晶（１０４）を複数のシフト速さでシフトする。ビームパラメータモニタ（１０８）は、ＵＶビームを測定し、ビームパラメータの測定値を出力する。レーザ制御ユニット（１１０）は、測定値を受け取り、測定値に基づいて、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するシフト速さの調節を決定し、調節をビーム結晶ディスプレーサ（１０６）に出力する。
2021518578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶレーザ装置であって、前記装置は、
非線形結晶と、
ＵＶビームを生み出すために源ビームを前記非線形結晶に向けるように構成されるレーザ源と、
前記源ビームに対して前記非線形結晶を複数のシフト速さでシフトするように構成されるビーム結晶ディスプレーサと、
前記ＵＶビームを測定し、かつ前記ビームのサイズパラメータまたは伝播パラメータの測定値を出力するように構成されるビームパラメータモニタと、
レーザ制御ユニットであって、前記レーザ制御ユニットは、
前記測定値を受け取ることと、
前記測定値に基づいて、前記監視されるパラメータを標的となる値に向けて誘導するためにシフト速さの調節を決定することと、
前記ビーム結晶ディスプレーサに前記調節を出力することと
を行うように構成される、レーザ制御ユニットと
を備える、装置。
【請求項２】
前記非線形結晶は、前記源ビームへの曝露中に劣化し、前記源ビームへの前記曝露後に少なくとも部分的に回復する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム結晶ディスプレーサは、前記源ビームがパスを繰り返し通過するように前記非線形結晶をシフトするように構成される、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パス上のスポットの照射間の時間は、前記スポットの照射時間よりも少なくとも２０倍長い、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ビーム結晶ディスプレーサは、前記源ビームが蛇行したパスを通過するように、前記非線形結晶をシフトするように構成される、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記レーザ制御ユニットは、前記サイズパラメータまたは伝播パラメータが前記標的となる値よりも高いことを示す測定値を受け取ると、シフト速さの増加を前記ビーム結晶ディスプレーサに出力するようにさらに構成され、前記サイズパラメータまたは伝播パラメータが前記標的となる値よりも低いことを示す測定値を受け取ると、シフト速さの減少を前記ビーム結晶ディスプレーサに出力するようにさらに構成される、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータの前記標的となる値は、上位閾値および下位閾値を有する前記サイズパラメータまたは伝播パラメータの標的となる範囲を備える、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記レーザ制御ユニットは、前記サイズパラメータまたは伝播パラメータが前記上位閾値よりも高いことを示す測定値を受け取ると、シフト速さの増加を前記ビーム結晶ディスプレーサに出力するようにさらに構成され、前記サイズパラメータまたは伝播パラメータが前記下位閾値よりも低いこと示す測定値を受け取ると、シフト速さの減少を前記ビーム結晶ディスプレーサに出力するようにさらに構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ビームパラメータモニタは、前記ＵＶビームを継続して測定するように構成される、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザ制御ユニットは、前記調節を前記ビーム結晶ディスプレーサに継続的に出力するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビーム結晶ディスプレーサは、前記源ビームがパスを繰り返し通過するように、前記非線形結晶をシフトするように構成され、完成パスを通過する間に少なくとも一度は前記シフト速さが調節される、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ビームパラメータモニタは、前記ＵＶビームを改修間隔で測定するように構成される、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータは、ビーム品質、軸方向ビームウエスト位置、ビーム発散、およびビームウエスト径のうちの１つである、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビームパラメータモニタは、前記ＵＶビームとプロセス対象との相互作用から生ずるプロセス適性を監視するように構成される、請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
ＵＶビームを制御するための方法であって、前記方法は、
ＵＶビームを生み出すために、源ビームを非線形結晶に向けることと、
前記源ビームに対して前記非線形結晶を第１のシフト速さでシフトすることと、
前記ＵＶビームのサイズパラメータまたは伝播パラメータを測定することと、
前記測定されたパラメータに基づいて、前記パラメータを前記パラメータの標的となる値に向けて誘導する第２のシフト速さを決定することと、
前記源ビームに対して前記非線形結晶を前記第２のシフト速さでシフトすることと
を備える、方法。
【請求項１６】
前記非線形結晶は、前記源ビームへの曝露中に劣化し、前記源ビームへの前記曝露後に少なくとも部分的に回復する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記非線形結晶をシフトすることは、前記源ビームが前記非線形結晶上のパスを繰り返し通過するように、前記非線形結晶をシフトすることを備える、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記パス上のスポットの照射間の時間は、前記スポットの照射時間よりも少なくとも２０倍長い、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記非線形結晶をシフトすることは、前記源ビームが前記非線形結晶上の蛇行したパスを通過するように、前記非線形結晶をシフトすることを備える、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記測定されたパラメータが前記標的となる値よりも高いかどうかを決定することと、前記測定されたパラメータが前記標的となる値よりも高いことを決定することに応答して、前記第２のシフト速さを決定することとをさらに備え、前記第２のシフト速さは、前記第１のシフト速さよりも高速である、請求項１５〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定されたパラメータが前記値よりも低いかどうかを決定することと、前記測定されたパラメータが前記値よりも低いことを決定することに応答して、前記第２のシフト速さを決定することとをさらに備え、前記第２のシフト速さは、前記第１のシフト速さよりも低速である、請求項１５〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータの前記標的となる値は、上位閾値および下位閾値を有する前記サイズパラメータまたは伝播パラメータの標的となる範囲を備える、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記測定されたパラメータが前記上位閾値よりも高いかどうかを決定することと、前記測定されたパラメータが前記上位閾値よりも高いことを決定することに応答して、前記第２のシフト速さを決定することとをさらに備え、前記第２のシフト速さは、前記第１のシフト速さよりも高速である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記測定されたパラメータが前記下位閾値よりも低いかどうかを決定することと、前記測定されたパラメータが前記下位閾値よりも低いことを決定することに応答して、前記第２のシフト速さを決定することとをさらに備え、前記第２のシフト速さは、前記第１のシフト速さよりも低速である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータを測定することは、前記ＵＶビームを継続的に測定することを備える、請求項１５〜２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記継続的な測定に基づいて、前記サイズパラメータまたは伝播パラメータを前記標的となる値に向けて誘導する追加のシフト速さを継続的に決定することと、前記源ビームに対して前記非線形結晶を前記追加のシフト速さでシフトすることとをさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記非線形結晶をシフトすることは、前記源ビームが前記非線形結晶上のパスを繰り返し通過するように、前記非線形結晶をシフトすることを備え、前記第２のシフト速さでシフトすることは、完成パスを通過する間に少なくとも一度は前記第２のシフト速さでシフトすることを備える、請求項１５〜２６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータを測定することは、前記ＵＶビームを改修間隔で測定することを備える、請求項１５〜２７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記サイズパラメータまたは伝播パラメータは、ビーム品質、軸方向ビームウエスト位置、ビーム発散、およびビームウエスト径のうちの１つである、請求項１５〜２８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＵＶビームの前記サイズパラメータまたは伝播パラメータを測定することは、前記ＵＶビームとプロセス対象との相互作用から生ずるプロセス適性を測定することを備える、請求項１５〜２９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
この開示は、概して、紫外線（ＵＶ）ビームパラメータを安定化することに関する。この開示は、特に、ＵＶビームパラメータを制御するために非線形結晶のシフト速さを変動させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
典型的には、レーザ装置は、源ビームを非線形結晶に向けることによってＵＶビームを生成する。結晶内において、源ビームは、より高い周波数に変換された周波数であり、これは、より短い波長のビームを生み出す。例えば、５３２ｎｍのビームは、２６６ｎｍのビーム（５３２ｎｍのビームの二次高調波波長）を生成するために、非線形結晶に向けられ得る。例えば、１０６４ｎｍのビームおよび５３２ｎｍのビームは、３５５ｎｍのビーム（１０６４ｎｍのビームの三次高調波波長）を生成し得る。時々、源ビームを所望のＵＶビーム波長に変換するために、複数の結晶が必要となる。
【０００３】
多くのプロセスは、非常に安定したＵＶビームパラメータを要求する。例えば、半導体ウエハ検査プロセスは、時間経過に伴う５％未満のビームパラメータのドリフトを許容する。ＵＶ処理では、非線形結晶が劣化すると、ビームパラメータがドリフトし得る。ＵＶビームパラメータのドリフトは、（とりわけ）不安定なビーム品質（Ｍ２）、不安定な軸方向ビームウエスト位置（ｚ０）、および不安定なビームウエスト径（２ω０）として現れる。
【０００４】
源ビームが、非線形結晶を用いて変換された周波数であるとき、ＵＶビームパラメータは、結晶のバルクまたは表面の劣化に起因して劣化し得る。バルクの劣化は、結晶の内側のビームパスに沿った結晶の光支援修正、および光学材料の関連する「縮小化」の結果であり得る。バルクの劣化は、源ビームおよびＵＶビームの増加する吸収に関連した、増加された熱位相変化および波頭のねじれを引き起こす。表面の劣化は、結晶環境の汚染物質の光支援堆積および分解から生ずるか、または、（不要な波頭のねじれまたは回折効果につながる）結晶表面の漸進的な破壊によって生じ得る。
【０００５】
ＵＶビームの劣化に対処するための既存の解決策は、ビームパラメータが仕様の制限に達したときに源ビームを結晶上の新たなスポットにシフトすることを含む（例えば、米国第８，９７６，３４３号参照）。この手法は、結晶の寿命を延長させるが、欠点として、レーザツールの性能に影響を及ぼし得るスポットシフト後のビームパラメータにおける段階的な変化につながる。この手法は、不安定なビームパラメータに対処しない。
【０００６】
既存の解決策はまた、入射ビームに対する非線形結晶の継続的なシフトを含み得る（例えば、米国特許第８，４８２，８４６号参照）。この手法は、結晶の寿命をさらに延ばし得るが、不安定なビームパラメータに対処することはない。
【０００７】
既存の解決策は、結晶の劣化速度を低減することによって、結晶の寿命を延ばすが、それらの解決策は、ビームパラメータを安定化することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８，９７６，３４３号明細書
【特許文献２】米国特許第８，４８２，８４６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（概要）
この開示は、有利に結晶寿命を延ばしかつビームパラメータを安定化する方法および装置を提供する。一側面において、ＵＶレーザ装置は、非線形結晶と、レーザ源と、ビーム結晶ディスプレーサと、ビームパラメータモニタと、レーザ制御ユニットとを含む。レーザ源は、ＵＶビームを生み出すために源ビームを非線形結晶に向け、ビーム結晶ディスプレーサは、源ビームに対して非線形結晶を複数のシフト速さでシフトする。ビームパラメータモニタは、ＵＶビームを測定し、ビームパラメータの測定値を出力する。レーザ制御ユニットは、測定値を受け取り、測定値に基づいて、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するシフト速さの調節を決定し、調節をビーム結晶ディスプレーサに出力する。
【００１０】
別の側面において、ＵＶビームを制御するための方法は、ＵＶビームを生み出すために源ビームを非線形結晶に向けることと、源ビームに対して非線形結晶を第１のシフト速さでシフトすることと、ＵＶビームのビームパラメータを測定することと、測定されたビームパラメータに基づいて、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導する第２のシフト速さを決定することと、源ビームに対して非線形結晶を第２のシフト速さでシフトすることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
（図面の簡単な説明）
本明細書に統合されかつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、好ましい実施形態を概略的に図示し、上記で与えられた概略の説明および以下で与えられる実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
【図１】図１は、ＵＶレーザ装置の実施形態を描写する。
【００１３】
【図２】図２は、ＵＶレーザ装置の実施形態を描写する。
【００１４】
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態による、レーザビームによって通過される非線形結晶上のパスを描写する。
【００１５】
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態による、レーザビームによって通過される非線形結晶上のパスを描写する。
【００１６】
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態による、レーザビームによって通過される非線形結晶上のパスを描写する。
【００１７】
【図４】図４は、実施形態による、ビームウエスト径対時間のグラフである。
【００１８】
【図５】図５は、実施形態による、照射対時間のグラフである。
【００１９】
【図６】図６は、ＵＶビームを制御するための方法の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（詳細な説明）
本明細書中で説明される方法および装置は、ＵＶビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するために、非線形結晶の横方向のシフト速さを変動させる。本明細書中で説明される実施形態は、ＵＶ曝露中に劣化し、それからＵＶ曝露なしで部分的または全体的な回復を示す結晶に特に適している。いくつかの実施形態は、非常に高いＵＶパワーでさえ、ビームパラメータの大きなドリフトまたはパワー損失を回避する。さらなる利点は、レーザの開始または再開後のより小さい初期ビームパラメータのドリフト、スポットシフト後の低減または除去されたビームパラメータの変化、および結晶の非常に低速で長期的な劣化（はるかに長期の結晶の寿命という結果になる）を含み得る。
【００２１】
ここで、同様の特徴が同様の参照番号によって指定される図面を見ると、図１は、ＵＶレーザ装置１００の実施形態を描写する。レーザ装置１００は、レーザ源１０２と、非線形結晶１０４と、ビーム結晶ディスプレーサ１０６と、ビームパラメータモニタ１０８と、レーザ制御ユニット１１０とを含む。装置１００は、標的となる値に向けてＵＶビームパラメータを誘導するために、非線形結晶１０４のシフト速さを変動させ得る。
【００２２】
レーザ源１０２は、ＵＶビーム１０４ｌを生み出すために、源ビーム１０２ｌを非線形結晶１０４に向ける。源ビーム１０２ｌは、継続的であり得るか、またはパルス化され得る。典型的には、源ビーム１０４ｌは、非線形結晶１０４内で集光される。いくつかの実施形態では、源ビーム１０２ｌは、球形または楕円形の断面を含む。典型的な球形ビーム径は、２５０μｍであり、典型的な楕円形ビームは、２００μｍ×５００μｍである。いくつかの実施形態では、集光されたビーム径は、２０μｍと２ｍｍとの間である。より小さいビームウエストは、短い結晶内で集光するために用いられ得、より長いビームウエストは、超短波にパルス化された源レーザビームのために用いられ得る。
【００２３】
いくつかの実施形態では、非線形結晶１０４は、源ビームへの曝露中に劣化し、源ビームへの曝露後に、少なくとも部分的に回復する。非線形結晶が、源ビームへの曝露中に劣化し、源ビームへの曝露後に少なくとも部分的に回復する場合、材料によって異なる回復時間特性が存在する。理論によって限定されることはないが、回復は、熱で駆動されかつ特徴的な回復時間を有するアレニウスプロセスであり得る。非線形結晶１０４は、源ビーム１０２ｌの周波数を変換するために十分な任意の材料であり得る。非線形結晶１０４の例は、セシウムリチウムホウ酸塩（ＣＬＢＯ）、リチウム三ホウ酸塩（ＬＢＯ）、およびβバリウムホウ酸塩（ＢＢＯ）等のホウ酸塩を含む（しかしこれらに限定されない）。ＵＶビーム１０４ｌの例示的な波長は、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ、２４４ｎｍ、２１３ｎｍ、および２００ｎｍ未満を含む。他の波長が考えられる。
【００２４】
ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、源ビーム１０２ｌに対して非線形結晶１０４をシフトする。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、１または複数の平行移動ステージを有する結晶シフタである。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、結晶が静止している間に空間におけるビームを平行移動させる。
【００２５】
ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、異なる速さで少なくとも１方向に非線形結晶１０４をシフトすることが可能である。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、異なる速さで２方向に結晶をシフトする。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、非線形結晶を継続的にシフトする。本明細書中で用いられる場合、継続的なシフトは、略継続的なシフトを含む。例えば、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、結晶が動きの間で停止して徐々に動かされるように、電力供給され得る。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、結晶を段階的にシフトする。例えば、結晶は、スポットに動かされ、結晶は照射のためにそのスポットで停止し、それから次のスポットに動く。いくつかの実施形態では、非線形結晶１０４上のビームスポットは、スポットからスポットへと０−９５％重複し得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、源ビーム１０２ｌは、１０秒間から６０分間スポットを照射し、そのスポットの照射の間に２００秒から１０００時間離れる。いくつかの実施形態では、シフト速さは、０ではなく、好ましくは０．００００３μｍ／秒から１ｍｍ／秒まで、より好ましくは０．００１μｍ／秒から１μｍ／秒まで変動する。いくつかの実施形態では、サイクル時間（同一のスポットの連続する照射間の時間）は、好ましくは、１分から１０００時間、より好ましくは３０分から１０００時間である。いくつかの実施形態では、源ビームは、好ましくは０．５から５００ｍｍの長さ、より好ましくは０．５から５０ｍｍの長さの閉路を辿る。当業者は、これらの値が例示的であること、および他の実施形態がより高い値かまたはより低い値を用い得ることを理解するであろう。
【００２７】
ビームパラメータモニタ１０８は、ＵＶビーム１０４ｌを測定し、ビームパラメータの測定値をレーザ制御ユニット１１０に出力する（出力接続１０８ｏとして図１に描写される）。いくつかの実施形態では、ビームパラメータは、ビーム品質、軸方向ビームウエスト位置、ビーム発散、およびビームウエスト径のうちの１つ等のサイズパラメータまたは伝播パラメータである。本明細書中で用いられる場合、「サイズパラメータまたは伝播パラメータ」は、ビームパワーまたはビーム強度を含まない。
【００２８】
レーザ装置１００は、ＵＶビーム１０４ｌの一部（レーザビーム１１２ｌ）をビームパラメータモニタ１０８へそらすために、ビームスプリッタ１１２を随意に含む。いくつかの実施形態では、ビームパラメータモニタ１０８は、補助ビーム１１２ｌ内のビームアパーチャと、フォトダイオードまたは他の画像化システムとを含む。いくつかの実施形態では、ビームパラメータモニタ１０８は、レンズ、開口部、随意のディヒューザ、およびフォトダイオードを含む。レンズは、ビームを集光して、ビーム焦線を形成する。アパーチャは、例えばビームウエスト位置において、ビーム焦線に沿った適切な位置に位置付けられる。アパーチャは、ビーム断面の選択された部分の伝送を可能とする。随意的なディヒューザは、送信ビーム内に位置付けられる。フォトダイオードは、随意に分散された送信ビームに曝露される。この配置は、フォトダイオード信号を評価することによって、ビームパラメータの変化に相関するビーム焦線の変化を測定する。この実施形態は、レーザ装置１００またはプロセスツールにおいて実施され得る。いくつかの実施形態において、対応する評価電子機器／ソフトウェアを有する１次元または２次元のＣＣＤデバイスが、フォトダイオードの代わりに適用され得る。いくつかの実施形態では、ビームの一部は、ビームパラメータを測定するために、（例えば、工業用のビーム分析装置で）抜き取られる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ビームパラメータモニタ１０８は、ＵＶビームとプロセス対象との相互作用から生ずるプロセス適性を監視する。プロセス適性は、ビーム相互作用に応答する対象のパラメータであり得る。この配置は、セミ検査ツールの一部として活用され得る。これらのツールは、典型的には、パターン化されるかもしくはパターン化されていないウエハまたはマスクを走査するレーザビーム焦点によって生成された迷光を記録する。光学機器、電子機器、およびソフトウェアは、迷光を収集および評価して、複合的な迷光データから多数のパラメータを導出する。これらのパラメータは、集光条件を特徴付けるデータを含み、いくつかの例として、Ｍ２、横方向の焦点位置、またはビーム焦点径ついての情報を含む性能指数を導出するために用いられ得る。この性能指数は、標的となる値と比較され、かつレーザ制御ユニット１１０に送られ得、それから、レーザ制御ユニット１１０は、走査速さが、閉サーボループ内で加速または減速されることを必要とするかどうか、およびそれをどのくらい必要とするかを決定する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ビームパラメータモニタ１０８は、ＵＶビーム１０４ｌを継続的に測定する。継続的な測定が略継続的な測定を含むことは明らかなはずである。本明細書中の「継続的な測定」は、ビームパラメータモニタの最大のデューティーサイクルでの測定を意味する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、源ビーム１０２が結晶上のパスを繰り返し通過し、かつビームパラメータモニタ１０８がパスの完成のたびに一度ＵＶビームを測定するように、非線形結晶１０４をシフトする。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ１０６は、源ビーム１０２が結晶上のパスを繰り返し通過し、かつビーム結晶ディスプレーサが完成パスを通過する間に少なくとも一度はシフト速さを調節するように、非線形結晶１０４をシフトする。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、源ビームがパスを繰り返し通過し、かつビームパラメータモニタが改修間隔でＵＶビームを測定するように、非線形結晶をシフトする。いくつかの実施形態は、例えば、マサチューセッツ州ＡｎｄｏｖｅｒのＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．のＮａｎｏＭｏｄｅＳｃａｎ、マサチューセッツ州ＡｎｄｏｖｅｒのＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．のＢｅａｍＳｑｕａｒｅｄ、または、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．のＭｏｄｅＭａｓｔｅｒ等の工業用のビーム分析装置の使用を含む。例示的なビームパラメータモニタは、米国特許第５，０６４，２８４号および第５，２１４，４８５号に開示されており、それらの内容は、全ての目的のために、それらの全体が本明細書中に援用される。測定は、ビームパラメータを設定点に回復させるために、シフト速さを修正するように例えば月１回の間隔で遂行され得る。
【００３３】
レーザ制御ユニット１１０は、ビームパラメータ測定値を受け取り、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するシフト速さの調節を決定するために測定値を用い、それから、調節をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力する（出力接続１１０ｏによって描写される）。いくつかの実施形態では、レーザ制御ユニット１１０は、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するために、ビームパラメータを標的となる値と比較し、ビーム結晶ディスプレーサ１０６のシフト速さを計算する。例えば、レーザ制御ユニット１１０が、ビームパラメータが値よりも高いことを決定するとき、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さの増加をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力し、レーザ制御ユニット１００が、ビームパラメータが値よりも低いことを決定するとき、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さの減少をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力する。他の実施形態では、レーザ制御ユニット１１０が、ビームパラメータが値よりも高いことを決定するとき、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さの減少をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力し、レーザ制御ユニット１００が、ビームパラメータが値よりも低いことを決定するとき、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さの増加をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、レーザ制御ユニット１１０は、ビームパラメータを標的となる範囲内に維持する。そのために、レーザ制御ユニット１００は、ビームパラメータを標的となる範囲内に保つために、シフト速さを加速させかつ低速にし得る。例えば、ビームパラメータ測定値が標的となる範囲よりも高い（つまり、標的となる範囲の上位閾値よりも高い）場合、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さを増加させるために信号を送る（信号は、例えば、シフト速さのインクリメンタルな増加か、または現在のシフト速さより上の設定速さを提供する）。ビームパラメータ測定値が、標的となる範囲よりも低い（すなわち、標的となる範囲の下位閾値よりも低い）場合、レーザ制御ユニット１１０は、シフト速さを減少させるために信号を送る（信号は、例えば、シフト速さのインクリメンタルな減少か、または現在のシフト速さよりも低い設定速さを提供する）。
【００３５】
いくつかの実施形態では、レーザ制御ユニット１１０は、コマンド信号としてシフト速さの調節をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力する。いくつかの実施形態では、ビームパラメータモニタ１０８、レーザ制御ユニット１１０、およびビーム結晶ディスプレーサ１０６は、標的となる範囲を達成するために、サーボ機構として共に作用する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、レーザ制御ユニットは、標的となるビームパラメータを達成するために、期待される速さに比較して低速である初期シフト速さを設定する。初期シフト速さは、レーザが最初に電源を入れられた直後のビーム結晶ディスプレーサの速さであるか、または長期間のオフ時間後にレーザが電源を入れられるときのビーム結晶ディスプレーサの速さであることが理解され得る。長期間は、結晶の回復時間と同等であるかまたはそれよりも長い。いくつかの実施形態では、（初期期間のビームパラメータドリフト後に）ビームパラメータが定められると、レーザ制御ユニット１１０は、上記で説明されるように動作し得、ビームパラメータ測定値を受け取り、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するシフト速さの調節を決定するために測定値を用い、それから決定されたシフト速さの調節をビーム結晶ディスプレーサ１０６に出力する。本明細書中の他の箇所で説明されるように、測定の頻度は事前に設定され得る。いくつかの実施形態では、ビーム測定の頻度は動的である。ビームパラメータ測定値が、時間経過に伴ってほとんど変動を示さない場合、システムは測定の間の間隔を延長し得る。ビームパラメータ測定値が些細でない測定値の変動（所与の間隔におけるビームパラメータの急速な降下等）を示す場合、システムは、測定の間の間隔を短縮し得る。これは、ほとんど劣化を示さない結晶のためのシステムリソースの費用（例えば、ビームパラメータ測定の頻度）を有利に低減し、劣化を示す結晶にそのようなリソースを集中させ得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、レーザ制御ユニット１１０は、調節をビーム結晶ディスプレーサ１０６へ継続的に出力する。いくつかのそのような実施形態では、継続的な出力調節は、ＵＶビーム１０４ｌを継続的に測定するビームパラメータモニタ１０８から生ずる。
【００３８】
図２は、ＵＶレーザ装置２００の実施形態を描写する。レーザ装置２００は、レーザ源２０２、非線形結晶２０４ａおよび２０４ｂ、ビームパラメータモニタ２０８、レーザ制御ユニット２１０、ビームスプリッタ２１２および２２０、ならびにパワーモニタ２２２を含む。装置２００における同様の特徴は、装置１００と同様の参照番号によって指定され、簡潔さのために、図２に関してここで再び説明されることはない。
【００３９】
レーザ源２０２は、レーザダイオード２０２ａおよびレーザ共振器２０２ｂを含む。レーザダイオード２０２ａは、レーザ共振器２０２ｂ内の利得媒質を光学的に刺激する。レーザ源２０２は、源ビーム２０２ｌを非線形結晶２０４へ向ける。
【００４０】
レーザ装置２００は、複数の非線形結晶を含む。第１の非線形結晶２０４ａは、二次高調波生成器（ＳＨＧ）である。非線形結晶２０４ａは、１０６４ｎｍの源ビームを取り、５３２ｎｍのビームに変換する。第２の非線形結晶２０４ｂは、四次高調波生成器（ＦＨＧ）である。非線形結晶２０４ｂは、５３２ｎｍのビームを取り、２６６ｎｍのＵＶレーザビーム（２０４ｌ）を出力する。
【００４１】
図２は、非線形結晶２０４ｂを動かすビーム結晶ディスプレーサ２０６を描写する。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサ２０６は、平行移動ステージである。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、複数の線形結晶、例えば結晶２０４ａおよび２０４ｂの両方をシフトする。いくつかの実施形態では、個々のビーム結晶ディスプレーサは、結晶が独立してシフトされるように、各々の非線形結晶をシフトする。これは、異なる速度で劣化する結晶または異なる閉塞スポット（すなわち、源ビームによって回避されるスポット）を有する結晶のために有利であり得る。
【００４２】
レーザ装置２００は、ビームパラメータモニタ２０８を含む。ビームスプリッタ２１２は、ＵＶビーム２０４ｌの一部２１２ｌをビームパラメータモニタ２０８へそらす。ビームパラメータモニタ２０８は、ビームパラメータの測定値（例えばビーム品質）を採取し、測定値をレーザ制御ユニット２１０へ（出力２０８ｏを介して）出力する。
【００４３】
レーザ制御ユニット２１０は、ビームパラメータモニタ２０８からビームパラメータ測定値を（出力２０８ｏを介して）受け取り、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するシフト速さの調節を決定するために測定値を用い、それから、決定されたシフト速さの調節をビーム結晶ディスプレーサ２０６へ（出力接続２１０ｏによって描写されるように）出力する。レーザ制御ユニット２１０はまた、非線形変換効率を最大化するために、結晶２０４ａおよび２０４ｂのためのオーブン温度を制御する。レーザ制御ユニット２１０は、熱電対（単数または複数）から温度（単数または複数）を受け取り、それによって、オーブン（単数または複数）の温度（単数または複数）を調節する。
【００４４】
レーザ装置２００はまた、ＵＶパワーモニタ２２２およびレーザ制御ユニット２１０の使用による光ループモードで描写される。ビームスプリッタ２２０は、一部２２０ｌをビームパワーの測定値を作製するパワーモニタ２２２へそらす。この測定値は、それから、レーザ制御ユニット２１０に出力され、レーザ制御ユニット２１０は、レーザダイオード２０２ａ電流を調整し、それによって、利得媒質を刺激するために共振器２０２ｂ内に向けられた光学パワーを制御する。
【００４５】
図３Ａは、非線形結晶３０２上のレーザビームによって通過される例示的なパス３００を描写する。ビームスポット３０４は、第１の水平セクション３０６、第１の鉛直セクション３０８、第２の水平セクション３１０、および第２の鉛直セクション３１２を含む長方形パスを通過する。実施形態３００では、鉛直セクションは、４００μｍであり、水平セクションは、１００μｍである。注：ビームスポットは、縮尺通りに描かれていない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、非線形結晶は、永続的な劣化および一時的な劣化の両方を示す。そのような結晶においては、レーザビームが完全なパスを通過し同一のパスで再開するときには、結晶のうちのいくつかは、永続的に劣化し、残りは回復している。いくつかの実施形態では、結晶の永続的な劣化を説明するために、パスが完成されたときにシフト速さが調節され得る。さらなる実施形態では、結晶の永続的な劣化を説明するために、パスが最初に完成された後にシフト速さが調節される。
【００４７】
いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、源ビームがパス（例えば、図３Ａに描写されるパス）を繰り返し通過しかつパス上のスポットの照射間の時間がスポットの照射時間よりも少なくとも２０倍長いように、非線形結晶をシフトする。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、源ビームが結晶上の限定的でより小さい面積を通過するように、非線形結晶をシフトする。ここで、「限定的でより小さい面積」とは、非線形結晶の断面積全体に比べて比較的小さい面積を意味する。好ましくは、断面積全体の２０％よりも小さい面積、より好ましくは断面積全体の１０％よりも小さい面積である。これは、大きいビームパラメータの揺らぎを有利に低減し得る。
【００４９】
図３Ｂは、非線形結晶３２２上のレーザビームによって通過される例示的なパス３２０を描写する。パス３２０は、実施形態３００における長方形パスの代わりに線形セクション３２６を含み、レーザビームスポット３２４は、非線形結晶３２２のより大部分を覆うパス３２０を通過する。レーザビームスポット３２４が、非線形結晶のうちの大部分を覆うとき、レーザは、同一の安定したビームパラメータで、より高い出力パワーおよびより高速のシフト速さで有利に動作し得る。いくつかの実施形態では、シフト速さは、およそ１０μｍ／分であり得る。さらに、より長い長さのパス３２０は、ＵＶビームへの曝露に続く回復時間を可能とするために、短い期間での全閉パスの走査を回避するために役立ち得る。
【００５０】
図３Ｃは、レーザビーム（示されず）によって通過される非線形結晶３４２上の例示的なパス３４０を描写する。パス３４０は、線形セクション３４６を含むが、蛇行したパスを通過する。パス３４０は、パス３２０よりも非線形結晶３４２の大部分を覆う。いくつかの実施形態では、ビーム結晶ディスプレーサは、源ビームが蛇行したパスを通過するように、非線形結晶をシフトする。パス３４４は、より大きいビームパラメータドリフトを引き起こし得るパスの大きい直線部分を回避するため、有用であり得る。例えば、１ｍｍのパスおよび０．１μｍ／秒のシフト速さが与えられると、レーザビームは、パスを完成させるためにおおよそ２．７５時間を要する。
【００５１】
いくつかの実施形態では、パスは、非線形結晶の塞がれた区域または使い尽くされた区域を回避するように選ばれる。
【００５２】
図４は、実施形態による、ビームウエスト径対時間のグラフ４００である。グラフ４００は、図３Ａにおけるパス３００に沿って５３２ｎｍの源ビームを向ける間にＵＶビームから取られたデータを表す。源ビームは、５３２ｎｍの基本波長および１５Ｗのパワーを有しており、２６６ｎｍの波長および３ＷのパワーのＵＶビーム（ＳＨＧ）を生み出すために、ＣＬＢＯ  ＮＬＯ結晶に向けられた。非線形レーザ結晶内に位置付けられる集光された５３２ｎｍの源ビームウエストは、２００μｍ×５００μｍの楕円形断面を有していた。実施形態３００における閉パス長は、１０００μｍであり、ＵＶビームウエスト径（２ω０）は、複数のシフト速さ、２００μｍ／時（グラフ４００において４１０で特定される）、６０μｍ／時（グラフ４００において４２０で特定される）、および２０μｍ／時（グラフ４００において４３０で特定される）で測定された。これらの速さにおけるサイクル時間は、それぞれ、３００分、１０００分、および３０００分であった。
【００５３】
公知であるように、非線形結晶の内側のビームは、典型的には集光されたビームである。ビームは、非線形変換のために要求される強度を達成するように集光される。典型的には、入力ビームは、レンズによって非線形結晶内に集光され、出力ビームは、別のレンズによってコリメートされる。グラフ４００では、ｙ軸上のビームウエスト径は、コリメートされた出力ビームウエスト径である。
【００５４】
グラフ４００は、複数のシフト速さにおけるランタイムに対するＵＶビームウエスト径の測定値をプロットする。予期していなかったことに、発明者は、シフト速さを変動させることが特定のビームパラメータに影響を及ぼしたことを発見した。グラフ４００において見られ得るように、２００μｍ／時（グラフ４００において４１０で特定される）において、ビームウエスト径は、おおよそ１．６５ｍｍであり、６０μｍ／時（グラフ４００において４２０で特定される）において、ビームウエスト径は、おおよそ１．５５ｍｍまで降下し、２０μｍ／時（グラフ４００において４３０で特定される）において、ビームウエスト径は、おおよそ１．４５ｍｍまでさらに降下する。
【００５５】
本明細書中で開示される場合、シフト速さは、ビームパラメータに影響を及ぼし得、従って、非線形結晶のシフト速さは、ビームパラメータを制御するために活用され得る。例えば、シフト速さは、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するために変化され得る。いくつかの実施形態では、標的となる値は範囲であり、例えば、ビームパラメータが設定点（例えば、範囲の下位閾値）よりも低く劣化すると、設定点よりも高くビームパラメータを上昇させるために、シフト速さは減速され得る。同様にして、ビームパラメータが設定点（例えば、範囲の上位閾値）よりも高い場合、ビームパラメータを設定点よりも高く上昇させるために、シフト速さは加速され得る。これらのシフトは、ビームパラメータを単に制御し得るか、またはビームパラメータを調節するアクティブオプティクスを伴って用いられ得る。ここで説明されるように、シフト速さは、実際のビームパラメータを標的となる値に向けて誘導するために、シフト速さによってフィードバックループ内でビームパラメータを安定化するように作動するパラメータとして用いられ得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、標的となる範囲は、標的となる値からの百分率偏差である。例えば、標的となるビームウエスト径および百分率偏差は、事前に設定され得る。標的となるビームウエスト径よりも百分率偏差だけ大きいまたは小さい測定されたビームウエスト径は、シフト速さの調節を引き起こす。百分率偏差による標的となるビームウエスト径以内である測定されたビームウエスト径は、シフト速さの調節を引き起こさない。百分率は、好ましくは１０％であり、より好ましくは５％であり、最も好ましくは１％である。
【００５７】
グラフ４００において見られ得るように、小さな初期ドリフト（５％以下）は、源ビームが最初に非線形結晶を照射することを始めた後に発生する。この初期ドリフトに適応し、かつ、ツールの性能に対するその影響を低減するために、パラメータが安定したレベルに落ち着くまで、シフト速さは、初めのうちは比較的低速であり得る。比較的低速の速さは、初期ビームパラメータ測定値と安定したビームパラメータ測定値との間の差異を有利に低減し得る。ビームパラメータが安定化すると、レーザ制御ユニットは、所望の標的となる値を達成するように速さをシフトし得る。これは、シフト速さが第１の速さで開始し、速さは、初期ドリフト後にビームが安定化するように増加され、それから、速さは、ビームを標的となる値に向けて誘導するために変化される（増加または減少される）。
【００５８】
グラフ４００は、ビームウエスト径の測定値におけるノイズを描写する。ノイズは、サーボが標的となるビームウエスト径の辺りで揺らぐように、シフト速さの上下のアクティブ制御を表し得る。
【００５９】
図５は、実施形態による、照射対時間のグラフ５００である。グラフ５００は、照射時間（ｔ１）および照射間の回復時間（ｔ２）を描写する。例えば、グラフ５００は、図３Ａにおけるパス３００上の単一のスポットの照射時間および回復時間を描写し得る。
【００６０】
図６は、ＵＶビームを制御するための方法６００の実施形態のフローチャートである。方法６００は、ＵＶビームを生み出すために、源ビームを非線形結晶に向けること６０２と、源ビームに対して非線形結晶を第１のシフト速さでシフトすること６０４と、ＵＶビームのビームパラメータを測定すること６０６と、測定されたビームパラメータに基づいて、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導する第２のシフト速さを決定すること６０８と、源ビームに対して非線形結晶を第２のシフト速さでシフトすること６１０とを含む。いくつかの実施形態では、ステップ６０６−６１０は、（図６において破線の矢印で示されるように）随意に繰り返される。
【００６１】
いくつかの実施形態では、非線形結晶は、源ビームへの曝露中に劣化し、源ビームへの曝露後に少なくとも部分的に回復する。いくつかの実施形態では、非線形結晶をシフトすることは、源ビームが非線形結晶上のパスを繰り返し通過するように非線形結晶をシフトすることを備え、パス上のスポットの照射間の時間は、好ましくは、スポットの照射時間よりも少なくとも２０倍長い。
【００６２】
いくつかの実施形態では、方法は、測定されたビームパラメータが値よりも高いかどうかを決定することと、測定されたビームパラメータが値よりも高いことを決定することに応答して、第１のシフト速さよりも高速の第２のシフト速さを決定することとを含む。
【００６３】
いくつかの実施形態では、方法は、測定されたビームパラメータが値よりも低いかどうかを決定することと、測定されたビームパラメータが値よりも低いことを決定することに応答して、第１のシフト速さよりも低速の第２のシフト速さを決定することとを含む。
【００６４】
いくつかの実施形態では、ビームパラメータの標的となる値は、上位閾値および下位閾値を有するビームパラメータの標的となる範囲を備える。ビームパラメータの標的となる値が標的となる範囲を備える実施形態では、方法は、測定されたビームパラメータが上位閾値よりも高いかどうかを決定することと、測定されたビームパラメータが上位閾値よりも高いことを決定することに応答して、第１のシフト速さよりも高速の第２のシフト速さを決定することとをさらに備え得る。ビームパラメータの標的となる値が標的となる範囲を備える実施形態では、方法は、測定されたビームパラメータが下位閾値よりも低いかどうかを決定することと、測定されたビームパラメータが下位閾値よりも低いことを決定することに応答して、第１のシフト速さよりも低速の第２のシフト速さを決定することとをさらに備え得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、非線形結晶をシフトすることは、源ビームが非線形結晶上の複数の蛇行したパスを通過するように非線形結晶をシフトすることを備える。
【００６６】
いくつかの実施形態では、非線形結晶をシフトすることは、源ビームが非線形結晶上の限定的でより小さい面積を通過するように、非線形結晶をシフトすることを備える。いくつかの実施形態では、非線形結晶をシフトすることは、複数の非線形結晶をシフトすることを備える。
【００６７】
いくつかの実施形態では、ビームパラメータを測定することは、ＵＶビームを継続的に測定することを備える。いくつかの実施形態では、方法は、継続的な測定に基づいて、ビームパラメータを標的となる値に向けて誘導する追加のシフト速さを継続的に決定することと、源ビームに対して非線形結晶を追加のシフト速さでシフトすることとをさらに含む。いくつかの実施形態では、非線形結晶をシフトすることは、源ビームが非線形結晶上のパスを繰り返し通過するように非線形結晶をシフトすることを備え、シフト速さは、完成パスを通過する間に少なくとも一度は調節される。例えば、パスの各々の完成中に一度である。いくつかの実施形態では、ビームパラメータは、測定され、速さは、改修間隔で調節される。
【００６８】
いくつかの実施形態では、ビームパラメータは、ビーム品質、軸方向ビームウエスト位置、ビーム発散、およびビームウエスト径のうちの１つである。
【００６９】
いくつかの実施形態では、ＵＶビームのビームパラメータを測定することは、ＵＶビームとプロセス対象との相互作用から生じるプロセス適性を測定することを備える。
【００７０】
本発明は、好ましい実施形態および他の実施形態への参照とともに、上記で説明される。しかし、本発明は、本明細書中で説明および描写される実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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