(57)【要約】本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓(１６，１８)を備える、高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ(１０)に関する。発明の別の態様は、レーザビーム源、フッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓及びこれらの１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備えるエキシマーレーザに関する。本発明の別の態様は既定の狭い帯域幅をもつレーザビームの生成方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰返しレートが４ｋＨｚ以上の挟帯域幅エキシマーレーザビームの生成方法において、
レーザビームを発振させることによって前記レーザビームがチャンバの第１のフッ化マグネシウム結晶の窓から出射する工程、及び
繰返しレートが４ｋＨｚ以上のエキシマーレーザビームを提供するため、前記レーザビームに前記チャンバの第２のフッ化マグネシウム結晶の窓を通過させる工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記繰返しレート４ｋＨｚ以上のエキシマーレーザビームが１０ｍＪ以上のパワーを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フッ化マグネシウム結晶窓が前記レーザビームの５億パルス以上にわたり耐久性を維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
繰返しレート４ｋＨｚ以上のエキシマーレーザにおいて、
繰返しレート４ｋＨｚ以上のレーザビームを生成するための繰返しレート４ｋＨｚ以上のレーザビーム源、及び
前記繰返しレート４ｋＨｚ以上のエキシマーレーザビームを透過させるための１つまたはそれより多くのフッ化マグネシウム結晶の窓、
を備えることを特徴とするエキシマーレーザ。
【請求項５】
前記レーザビームが１０ｍＪ以上のパワーを有することを特徴とする請求項４に記載のエキシマーレーザ。
【請求項６】
前記繰返しレート４ｋＨｚ以上のレーザビーム源がフッ化アルゴンエキシマーレーザビーム源であることを特徴とする請求項４に記載のエキシマーレーザ。
【請求項７】
前記繰返しレートが４ｋＨｚ以上のレーザビーム源がフッ化クリプトンエキシマーレーザビーム源であることを特徴とする請求項４に記載のエキシマーレーザ。
【請求項８】
前記１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のエキシマーレーザ。
【請求項９】
前記窓が前記レーザビームの５億パルス以上にわたり耐久性を維持することを特徴とする請求項４に記載のエキシマーレーザ。
【請求項１０】
レーザビーム源、
フッ化マグネシウム結晶を含む１つまたはそれより多くの窓、及び
前記フッ化マグネシウム結晶を含む１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源、
を備えることを特徴とするエキシマーレーザ。
【請求項１１】
前記レーザビームが１０ｍＪ以上のパワーを有することを特徴とする請求項１０に記載のエキシマーレーザ。
【請求項１２】
前記レーザビームが４ｋＨｚ以上の繰返しレートを有することを特徴とする請求項１０に記載のエキシマーレーザ。
【請求項１３】
前記レーザビーム源がフッ化アルゴンであることを特徴とする請求項１０に記載のエキシマーレーザ。
【請求項１４】
前記レーザビーム源がフッ化クリプトンであることを特徴とする請求項１０に記載のエキシマーレーザ。
【請求項１５】
フッ化マグネシウム結晶を含むことを特徴とする繰返しレート４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ窓。
【請求項１６】
既定の狭い帯域幅をもつレーザビームの生成方法において、
レーザビームを発振させることによって前記レーザビームがチャンバの第１の窓から出射する工程、
１つまたはそれより多くのプリズムを通して前記レーザビームを拡大する工程、
前記拡大されたレーザビームを既定の挟い帯域幅に制御する工程、及び
前記既定の狭い帯域幅をもつレーザビームに前記チャンバの第２の窓を通過させる工程、
を含み、前記チャンバの前記第１及び第２の窓はフッ化マグネシウムからなることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記レーザビームが１０ｍＪ以上のパワーを有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザビームが４ｋＨｚ以上の繰返しレートを有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザビームに５億パルスをこえるパルス動作を行わせる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の窓が耐久性を維持することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザビームに９億パルスをこえるパルス動作を行わせ、前記第１及び第２の窓が耐久性を維持することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の窓をアニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の窓をアニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記レーザビーム源がフッ化アルゴンであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記レーザビーム源がフッ化クリプトンであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００１年３月２日に出願された米国仮特許出願第６０/２７２８１４号の優先権を主張する。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には高繰返しレートＵＶエキシマーレーザに関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書全体にわたって様々な文献が参照される。これらの文献のそれぞれの開示はその全体が本特許出願明細書に参照として含まれる。
【０００４】
エキシマーレーザは、超精密加工を可能にすることから、半導体製造装置用の縮小投影及び露光装置の光源として商業利用するためにこれまで開発されてきた。
【０００５】
エキシマーレーザからの発振光は、様々な波長成分を有し、中心波長が変化する。この結果、発振光のままの状態にあると、レンズなどの外部光学素子を光が通過するときに収差が生じ、よって加工精度が悪くなる。この理由により、レーザ発振波長のスペクトル幅を狭めるため及び中心波長を発振波長の中心値として安定化させるために、回折格子のような波長選択素子をエキシマーレーザに装備する挟帯域化技術が広く用いられている。
【０００６】
特許文献１はエキシマーレーザを開示している。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電の結果としてエネルギーが供給されて、レーザビームを発振させる。発振レーザビームは後部窓から出射し、第１のプリズム及び第２のプリズムを通過しながらビーム寸法が拡大され、次いでレーザビームは回折格子に入射する。回折格子において、アクチュエータによりレーザビームの光路に対する角度を制御して、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域が達成される。第１のプリズム、第２のプリズム及び回折格子である光学部品群は、まとめて挟帯域光学系と呼ばれる。波長が挟帯域光学系で制御されているレーザビームは、前部窓及び、半透ミラーである、前部ミラーを通過して、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
【０００７】
一般に、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムがエキシマーレーザ用光学部品の材料として用いられるが、これらの材料の使用には重大な欠点がある。半導体デバイスを高効率で大量に製造するため、単位時間当りのレーザ発振パルス数(繰返し周波数または繰返しレートとも呼ばれる)を大きくすることでレーザパワーを高めることが要求されてきた。しかし、レーザ共振器内のエネルギー密度は高く、さらに、レーザビームは共振器内を往復し、光学部品を何度も通過する。このため、レーザパワーが高くなると、材料内部の小さな歪または不均一性でさえも光学部品を劣化させる。光学部品の小さな劣化であっても、発振レーザビームの品質に大きな影響を及ぼす。
【特許文献１】米国特許第６１８１７２４号明細書
【特許文献２】米国特許第６２８２２２１号明細書
【特許文献３】米国特許第６０６７３１１号明細書
【特許文献４】米国特許第６０１４３９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、合成石英ガラスまたはフッ化カルシウムの光学部品は、エキシマーレーザのパワー増加時における耐久性が不十分であり、これらの光学部品が用いられるときには高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの高精度の波長制御が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓を備える、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)ＵＶエキシマーレーザに関する。
【００１０】
本発明の別の態様は、レーザビーム源、フッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓、及び前記１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備える高繰返しレートＵＶエキシマーレーザを含む。
【００１１】
本発明のまた別の態様は、フッ化マグネシウムを含む高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ窓を含む。
【００１２】
本発明のまた別の態様は、既定の挟い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第１の窓から出射させる工程、１つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第２の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第１及び第２の窓はフッ化マグネシウムを含む。
【００１３】
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付図面と合せて読めば明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、レーザビーム源及びフッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓を備えるエキシマーレーザに関する。
【００１５】
エキシマーレーザ装置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に説明され、これらの明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００１６】
一般に、エキシマーレーザは以下のように動作する。レーザガスがレーザチャンバに封入され、放電電極における放電によりエネルギーがガスに供給される。これによりレーザビームの発振がおこる。発振レーザビームは後部窓を通ってレーザチャンバから出射し、プリズムを通過しながらレーザビームの寸法が拡大されて、レーザビームは回折格子に入射する。回折格子では、アクチュエータがレーザビームの光路に対する角度を制御し、レーザビームを既定の波長で発振させることにより挟帯域幅が達成される。波長が制御されたレーザビームは前部窓及び前部ミラーを通過し、レーザビームの一部がレーザチャンバから出射する。
【００１７】
エキシマーレーザの動作に関する上記概要をふまえて、図１は本発明の高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの一実施形態を示す。図１に示されるように、高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置１０は、第１及び第２の(及び、必要に応じて第３の)プリズム１２などの複数のプリズム，第１のミラー１３，第２のミラー１５，回折格子１４，第１の窓１６及び第２の窓１８を備える。レーザチャンバ１７にある第１の窓１６及び第２の窓１８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム１１に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム１２，第１のミラー１３及び第２のミラー１５並びに第１の窓１６及び第２の窓１８などの構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓１６及び第２の窓１８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム１２，第１のミラー１３及び第２のミラー１５のようなその他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
【００１８】
本発明の別の態様は、既定の狭い帯域幅をもつレーザビームを生成する方法を含む。本方法は、レーザビームを発振させて、レーザビームにチャンバの第１の窓から出射させる工程、１つまたはそれより多くのプリズムを通してレーザビームを拡大する工程、レーザビームを既定の狭い帯域幅通りに制御する工程、及び既定の狭い帯域幅をもつレーザビームにチャンバの第２の窓を通過させる工程を含み、チャンバの第１及び第２の窓はフッ化マグネシウムを含む。
【００１９】
図１を参照すれば、使用時、(Ａｒ，Ｋｒ，Ｎｅ及び／またはＦのような)レーザガスがレーザチャンバ１７に封入され、放電電極(図示せず)における放電によりエネルギーがレーザガスに供給される。これにより、レーザビーム１１が発振する。発振レーザビーム１１は、後部窓１６を通ってレーザチャンバ１７から出射する。レーザビーム１１は、プリズム１２を通過して、第２のミラー１５及び回折格子１４で反射される。第２のミラー１５において、レーザビーム１１の光路に対する角度がアクチュエータ１９により制御される。レーザビーム１１を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム１１に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム１１は回折格子１４及び第２のミラー１５により全反射されて、レーザビーム１１は元の光路を逆行し、前部窓１８からチャンバ１７を出て、第１のミラー１３から出射する。
【００２０】
図２は本発明の第２の実施形態を示す。高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置２０は、第１及び第２のプリズム２２などの複数のプリズム、ミラー２５，回折格子２４並びに第１の窓２６及び第２の窓２８を備える。レーザチャンバ２７にある第１の窓２６及び第２の窓２８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム２１に対して常ブルースター角をなす。本実施形態においては、レーザビーム２１の一部が、半透ミラーであるミラー２５で反射され、レーザビーム２１の一部がレーザチャンバ２７から出射する。複数のプリズム２２，第２のミラー２５並びに第１の窓２６及び第２の窓２８のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのようなフッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓２６及び第２の窓２８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム２２及びミラー２５のような他の構成部品はフッ化カルシウムなどの別の材料でつくられる。
【００２１】
本発明の別の態様はフッ化マグネシウムでつくられた高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ窓を含む。
【００２２】
フッ化マグネシウムでつくられた本発明のレーザ窓は高繰返しレートＵＶエキシマーレーザの長い稼働寿命にわたり耐久性を維持する。本明細書で用いられる“耐久性を維持する”とは、フッ化マグネシウム窓には認め得る誘起吸収がないことを意味する。フッ化マグネシウム窓は、出力が１０ｍＪ以上であり、繰返しレートが約４ｋＨｚ以上のレーザに対して耐久性を維持する。さらに、本発明のフッ化マグネシウム窓は、出力が１０ｍＪ以上で繰返しレートが約４ｋＨｚ以上のレーザに対して、５億パルス以上、必要によっては９億パルス以上にわたり、耐久性を維持する。
【００２３】
本発明の別の態様は、レーザービーム源、フッ化マグネシウムを含む１つまたはそれより多くの窓、及びこれらの１つまたはそれより多くの窓のためのアニール源を備えるエキシマーレーザを含む。
【００２４】
図３は、レーザチャンバの窓のためのアニール源を備える、本発明の実施形態を示す。図３に示されるように、エキシマーレーザ装置３０は、第１及び第２の(及び、必要に応じて第３の)プリズム３２のような複数のプリズム、第１のミラー３３，第２のミラー３５，回折格子３４並びに第１の窓３６及び第２の窓３８を備える。レーザチャンバ３７にある第１の窓３６及び第２の窓３８は、エネルギー損失を小さくするため、レーザビーム３１に対して常ブルースター角をなす。複数のプリズム３２，第１のミラー３３及び第２のミラー３５並びに第１の窓３６及び第２の窓３８のような構成部品は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムまたはフッ化マグネシウムのような、フッ化物光学材料でつくられる。一実施形態において、これらの構成部品はフッ化マグネシウムでつくられる。別の実施形態においては、第１の窓３６及び第２の窓３８がフッ化マグネシウムでつくられ、複数のプリズム３２，第１のミラー３３及び第２のミラー３５のような他の構成部品はフッ化カルシウムのような別の材料でつくられる。
【００２５】
一般に、(上述したような)第１のレーザビーム及び第２のレーザビームは、レーザチャンバ３７内の放電電極により生成される。図３を参照すれば、使用時、(Ａｒ，Ｋｒ，Ｎｅ及び／またはＦなどの)第２のレーザガスがレーザチャンバ３７に封入され、第２の放電電極(図示せず)における第２の放電によりエネルギーが第２のレーザガスに供給される。これにより、第２のレーザビーム３１が発振する。発振レーザビーム３１は、後部窓３６を通ってレーザチャンバ３７から出射する。レーザビーム３１はプリズム３２を通過して、第２のミラー３５及び回折格子３４で反射される。第２のミラー３５において、レーザビーム３１の光路に対する角度がアクチュエータ３９により制御される。レーザビーム３１を既定の波長で発振させることにより、レーザビーム３１に対して挟帯域幅が達成される。レーザビーム３１は回折格子３４及び第２のミラー３５で全反射されて、レーザビーム３１は元の光路を逆行し、前部窓３８からチャンバ３７を出て、第１のミラー３３から出射する。
【００２６】
第２のレーザビーム３１は、エキシマーレーザの動作と同時に、第１の窓３６及び第２の窓３８をアニールするために用いられる。窓は、波長が約２５０ｎｍの光からなる第２のレーザビーム３１で照射される。この波長は誘起吸収帯の波長に相当する。あるいは、第２のレーザビーム３１は、エキシマーレーザの動作の後または前に第１の窓３６及び第２の窓３８をアニールするために用いられ、この間は、エキシマーレーザは使用されない。
【００２７】
あるいは、窓３６及び窓３８は熱アニールされる。熱アニールは、不活性ガスのような雰囲気内または真空下で、第１及び／または第２の窓を加熱することにより達成される。窓の加熱温度は誘起吸収のレベルに依存するが、約２００℃から約８００℃の温度が一般的である。
【００２８】
好ましい実施形態を本明細書で図示し、詳細に説明したが、当業者には、本発明の精神を逸脱することなく様々な改変、付加、置換等がなされ得ること、したがってそのような改変、付加、置換等が特許請求の範囲で定められるような本発明の範囲内にあると見なされることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態にしたがう高繰返しレートＵＶエキシマーレーザを示す
【図２】本発明の別の実施形態にしたがう高繰返しレートＵＶエキシマーレーザを示す
【図３】本発明のさらに別の実施形態にしたがう高繰返しレートＵＶエキシマーレーザを示す
【符号の説明】
【００３０】
１０    高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ装置
１１    レーザビーム
１２    プリズム
１３，１５    ミラー
１４    回折格子
１６，１８    窓
１７    レーザチャンバ
１９    アクチュエータ
【国際公開パンフレット】
2004523122.tif 000002
2004523122.tif 000003
2004523122.tif 000004
2004523122.tif 000005
2004523122.tif 000006
2004523122.tif 000007
2004523122.tif 000008
2004523122.tif 000009
2004523122.tif 000010
2004523122.tif 000011
2004523122.tif 000012
2004523122.tif 000013
2004523122.tif 000014
2004523122.tif 000015
2004523122.tif 000016
【国際調査報告】
2004523122.tif 000017