(57)【要約】      （修正有）【課題】２つの寿命の短いゲイン手段、すなわち１つはシードビームを発生し、もう一方は該シードビームを増幅する手段を提供する。【解決手段】少なくとも毎秒１０００パルスの繰返数で放電を発生するためのパルス電源を有する単一チャンバ式のガス放電レーザシステム。放電は、レーザ光学器械と共に、２つの持続期間の短いゲイン手段を生成し、一方はシードビームを生成するためのものであり、他方は、該シードビームを増幅するためのものである。チャンバの循環パスに沿ってレーザガスが循環され、電極（１８Ａ）及び放電は、ゲイン手段の一方から生じるデブリが、放電時に、チャンバの循環パスの少なくとも９０％の周りを廻るまでは、該デブリが他方のゲイン手段に循環しないように配置されている。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン幅を狭められたシードビームを有する単一チャンバ式のガス放電レーザシステムであって、
Ａ）レーザガス及び熱交換機を含む単一放電チャンバと、
Ｂ）該単一放電チャンバ内部に配置され、少なくとも２つの放電領域を備えるように構成された、少なくとも２つの細長い電極と、
Ｃ）前記少なくとも１つの放電領域の各々において、少なくとも毎秒１０００パルスの繰返数で放電を発生するように高電圧電気パルスを供給するパルス電力源と、
Ｄ）少なくとも１つの共鳴空洞を形成し、前記少なくとも２つの放電領域及び前記パルス電力源と共に、第１のゲイン領域及び第２のゲイン領域を形成し、該第１のゲイン領域及び第２のゲイン領域が前記放電の間のみ光学ゲインを発生するようになっており、前記シードビームのライン幅を狭めるためのライン幅狭め手段を含む光学手段と、
Ｅ）レーザガスを循環させための循環手段とを備え、
前記ライン幅を狭められたシードビームが、前記第１のゲイン領域及びライン幅狭め手段において発生し、そしてその後前記第２のゲイン領域において増幅されるように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも２つの電極は、第１の陰極、第２の陰極、及び単一の陽極からなる３つの電極であり、前記第１の陰極は、前記第２の陰極よりも前記陽極に近く、前記第１の陰極及び陽極は、前記第１のゲイン領域を形成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】
前記光学手段は、唯一の共鳴空洞を形成し、前記第１及び第２のゲイン領域は、互いに整列していることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記光学手段は、２つの共鳴空洞を形成し、前記第１及び第２のゲイン領域は、互いに整列していないことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも２つの電極は、第１の陰極、第２の陰極、及び単一の陽極からなる３つの電極であり、前記第１の陰極及び陽極は、前記第１のゲイン手段を形成し、前記パルス電力手段は、前記第２の陰極に電気パルスを供給するより数ナノ秒先行して、前記第１の陰極に電気パルスを供給するように構成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６】
ビーム拡大手段及び格子を含むライン幅狭めモジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のゲイン領域は、前記第１のゲイン領域の下流側に１０センチメートルより近い距離に配置され、前記循環手段は、前記第１のゲイン領域における特定の放電から生じるデブリが、該特定の放電に続く第１回目の放電の時に、前記第１のゲイン領域と第２のゲイン領域との間の距離の約２／３のところに中心をもち、また該デブリが、前記特定の放電に続く第２回目の放電の時に、前記第１のゲイン領域と第２のゲイン領域との間の距離の約１１／３のところに中心をもつような速度で、前記第１及び第２のゲイン領域段を連続して通る流れを発生するように構成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８】
前記少なくとも２つの電極は２つの平行な電極であり、前記少なくとも１つの放電領域は１つの放電領域であり、前記光学手段は、前記１つの放電領域を横切る斜めの線で通る第１のゲイン領域を形成するように配置され、また２つの平行な電極の間をそれらと平行に通る第２のゲイン領域を形成するように配置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９】
ビーム拡大手段及び格子を含むライン幅狭めモジュールをさらに含み、該モジュールは、前記光学手段の一部を構成し、前記シードビームのライン幅を狭めるように構成されていることを特徴とする、請求項８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、ガス放電レーザシステムに関し、詳細には、波長選択のためのシードビームを有するガス放電レーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのガス放電レーザの固有帯域幅は比較的広く、その様なレーザの多くの用途では、非常に狭い帯域幅を必要とする。例えば、高度技術水準の集積回路リソグラフィーシステムでは、帯域幅がその固有帯域幅である約３００ピコメートル（ｐｍ）から１．０ｐｍより小さくなるまで小さくされたＫｒＦエキシマレーザを利用する。
【０００３】
図１は、集積回路リソグラフィー光源として現在使用されているＫｒＦエキシマレーザのレーザ室の断面を示している。図２Ａ及び図２Ｂは、レーザシステムの一部の組合せブロック線図及び概略図である。３気圧のレーザガス（本ケースでは、約１．０％のクリプトン、０．１％のフッ素、及び残りがネオンの混合物）が、チャンバ１０に入れられ、ファン５０によって、ミリ秒当たり約２センチメートル（ｃｍ）の速度で、熱交換器１１を越えて細長い電極１８及び２０の間を循環される。ゲイン手段は、高電圧放電（約１６，０００から２０，０００ボルト）によって電極間に形成され、該高電圧放電は、２８個の０．５９ナノファラド（ｎｆ）のコンデンサ１９からなるピーキング・コンデンサバンクによって、例えば１０００ヘルツ（Ｈｚ）のパルス繰返数で加えられる。電極及びピーキング・コンデンサバンクは、高電圧パルス電力システムの最終段階であり、該高電圧パルス電力システムは、標準２３０ボルトの交流電源のような標準的なプラント電力システムから高電圧パルス放電エネルギーを供給する。このタイプのレーザは、本明細書に参考文献として組み込まれている、米国特許第４，９５９，８４０号を含む幾つかの特許に詳細に記載されている。これらのレーザの高電圧電源は、約５０ナノ秒（ｎｓ）の持続時間をもつ高電圧パルスを生成する磁気圧縮回路を利用する。その様な回路の１つは、本明細書に参考文献として組み込まれている、米国特許第５，９３６，９８８号に記載されている。高電圧は、高電圧バス２３から陰極支持棒５３に至る１５本の真鍮高電圧フィード棒２１を通して陰極１８へと伝えられる。陽極２０は、陽極支持棒４４に取り付けられ、該陽極支持棒４４は、ガス流に殆ど影響を与えないロッドからなる接地ケージ５２を使用して接地されている。この実施形態においては、レーザガス流は、Ａｌ2Ｏ3絶縁材料によって構成される流れ制御ベーン４６、４７、及び流れリストリクタ４９によって導かれる。
【０００４】
この従来技術のレーザシステムにおいては、２つのプレイオナイザ５６によってプレイオン化が行われる。これら多くの高度技術ＫｒＦエキシマレーザのライン幅を狭めることは、ライン幅狭めパッケージ（ＬＮＰ）１５を使用して行われ、該ライン幅狭めパッケージ（ＬＮＰ）は、図２Ａに示されているような、リトロー構成に配置された３つのプリズム式ビーム拡大器７、反射鏡１４、及び格子１６からなっている。
【０００５】
過去１０年以上にわたり、この基本的なレーザシステム構成は非常な成功を収めてきたので、これらのレーザが、殆どの新しい高生産速度の集積回路用リソグラフィー機械の光源となっている。現在、数百台が稼動中であり、年間数百万のＩＣチップを生産している。レーザシステムは非常に信頼性が高く、通常１％にも満たない強制的休止時間で２４時間を通して稼動している。
【０００６】
ＫｒＦレーザから得られる２４８ナノメートル（ｎｍ）の波長、及び約０．８ｐｍの帯域幅により、リソグラフィー装置は約１／４ミクロン程度の形状をもつ集積回路を生産することができる。しかしながら、集積回路産業には、形状サイズを一層小さくしたいという強い要望がある。ムーア（インテル社の以前の社長であるゴードン・ムーア）の法則として知られている、通常言われている工業上の経験則によると、形状サイズは３年毎に２倍小さくなるというものである。形状サイズの一層の減少を可能にする幾つかのパラメータの１つが、より小さな帯域幅である。
【０００７】
ガス放電レーザシステム（エキシマレーザシステムを含む）の帯域幅を減少させる幾つかの周知の技法では、２つの独立したレーザを利用している。その様なシステムの１つにおいては、「主発振器」と呼ばれる第１のレーザが、非常に狭い帯域ビームを供給し、そのビームが第２のレーザにおいてシードビームとして使用されるように設計される。第２のレーザが出力増幅器として機能する場合は、このシステムは、主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）システム、又はマスタスレーブ・レーザシステムと呼ばれる。図２Ａに示されているシステムと比較したＭＯＰＡ設計の第一の利点は、ＬＮＰ光学機器に対する熱負荷の著しい低減である。第２のレーザそれ自体が共鳴空洞を有している場合は、システムは注入シード式発振器と呼ばれ、シードレーザは主発振器、また下流側レーザは電力発振器と呼ばれる。
【０００８】
２つの独立したレーザからなるレーザシステムは、比較される単一レーザシステムよりかなり高価で、大きく、一層複雑になりがちである。したがって、２つレーザのシステムの商業的用途は限られていた。
【０００９】
２組の電極を含む単一レーザチャンバを使用するシステムが、提案されてきた。例えば、図３Ａは、Ｌｅｔａｒｄｉによって米国特許第５，０７０，５１３号において記載されている並列配置を示している。図３Ｂは、Ｌｏｎｇによって米国特許第４，５３４，０３５号において記載されている別の配置を示しており、ここでは、細長い電極の組がチャンバの両側に配置されている。ガスは、共通の「入」プレナムから２組の電極間を別々に共通の「出」プレナムへと流れる。ＭｃＫｅｅによって米国特許第４，４１７，３４２号において提案されている配置が図３Ｃに示されている。このシステムは、チャンバの半分に互いに平行に取り付けられた２組の細長い電極を含んでいる。横流ファン及び交換機が、残りの半分に配置されている。ガスは２組の電極の間を平行に流れる。図３Ａに示されているシステムは、上流側の放電から生じるデブリが下流側の放電に干渉するので、高パルス繰返数レーザには適切ではないと考えられてきた。「応用物理学Ｂレーザ及び光学、１９９８」において発表された論文によると、このレーザは、毎秒約１００パルスのパルス繰返数で作動されている。著者は、１０００Ｈｚで作動させようとすると、高品質のビームを発生させるのには望ましくない乱流が生じるようなることを指摘している。図３Ｃに示されているシステムは、ガス流の分割により電極間のガス速度が図３Ａに示されているシステムの単一の組の電極に比較して約５０％低下するので、高パルス繰返数レーザには不適切であると考えられてきた。図３Ｂに示されているシステムは、ブロワによる循環が、図１に示されているにいるように接線方向ではなくて軸方向であるので、高パルス繰返数レーザに対しては満足できないものと考えられてきた。
【００１０】
上記で説明した商業的に成功している単一チャンバ式のライン幅を狭められたガス放電レーザの概念を、ＩＳＯにおけるＰＯＭＡの利点と組合せた、高パルス繰返数レーザシステムに対する需要が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、放電を少なくとも毎秒１０００パルスの繰返数で発生するためのパルス電力源を有する、単一チャンバ式のガス放電レーザシステムを提供する。放電は、レーザ光学機器と共に、２つの寿命の短いゲイン手段、すなわち１つはシードビームを発生するためのものであり、もう一方は該シードビームを増幅するためのものである手段を構成する。チャンバの循環パスに沿うレーザガス循環が与えられ、電極及び放電は、放電時に、ゲイン手段の一方から生じるデブリが循環パスの少なくとも９０％の周りを廻るまでは、該デブリが他方のゲイン手段に循環しないように配置されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
直列型ゲイン手段
本発明の出願人が完成しテストした本発明の第１の好ましい実施形態の図面を、図４Ａ及び図４Ｂに示す。このケースにおいては、図２Ａ及び図２Ｂに示されている先行技術によるレーザの陰極１８は、図４Ｂに示すように、短い陰極１８Ａと長い陰極１８Ｂに分割される。短い陰極１８Ａは、陽極２０の約１７ｍｍ上方に配置され、図１に示されると同様に、高電圧バス２３から５本の真鍮高電圧フィード棒２１によって電力を供給され、他方、長い陰極１８Ｂは、陽極２０の上方約２０ｍｍの先行技術の位置に配置され、同じ高電圧バス２３から１０個の真鍮高電圧フィード棒２１によって電力を供給される。その結果、短い陰極１８Ａと陽極２０との間の放電は、長い陰極１８Ｂと陽極２０との間の放電より約１０ｎｓ先行して開始する。従って、放電の初期において、短い陰極１８Ａ及び陽極２０によって生成されたレーザ光は、長い陰極１８Ｂと陽極２０との間で放電が開始する前に、ライン幅狭めパッケージ１５を２回トリップするまでの時間がある。結果として、パルス持続時間が増加し、ビームのライン幅が減少する。
【００１３】
図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態の代替的形態は、２つの陰極と陽極との間の間隔を同一にするが、電極１８Ｂを含む回路に追加のインダクタンスを加えるなどによって、電子的に放電を早めるものである。これらの代替的実施形態においては、陽極２０は、陰極１８Ａ及び１８Ｂに対応する陽極２０Ａ及び２０Ｂに分割することができる。さらに複雑な手法では、高電圧バス２３を分割して、各陰極に別々のピーキング・コンデンサバンクを設けることができる。
【００１４】
オフセット型ゲイン手段
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態に類似しているが、ゲイン手段が互いにオフセットしている本発明の実施形態を示している。陰極５０Ａ及び陽極２０は、レーザシステムのシード部のゲイン手段を形成する。シード部の共鳴空洞は、ＬＮＰ１５と、反射率が約２０％の部分反射鏡とすることができる出力カプラ５２とによって形成される。この実施形態においては、シードビームは全反射鏡５４及び５６で反射し、陰極５０Ｂ及び陽極２０によって形成されるゲイン手段におけるレーザシステムの増幅部において増幅される。
【００１５】
図６Ａ及び図６Ｂに示す実施形態において、全反射鏡５５を追加し、電極を移動させることによって、増幅ゲイン手段を通る２つの通路が可能になる。両方の実施形態において、電極又は電気回路は、シード部に数ナノ秒のヘッドスタートを与えるように配置される。（例えば、ＫｒＦレーザの場合、シード部のヘッドスタートは、約２０ｎｓにする場合がある。ＡｒＦの場合、熱リードタイムは、ＡｒＦレーザの高い状態での寿命がより短いので、比較的短くなるはずである。これらの時間は、空洞の形状が変わるにつれ変化させてもよい。）図５Ｃは、これらの２つの実施形態の場合に合わせて、図１のレーザの陰極及び陽極をどのように変更することができるかを示す。図５Ｄは、図５Ａの配置に対する代替的実施形態を示している。
【００１６】
並列型ゲイン手段
図７Ａ及び図７Ｂと図８Ａ及び８Ｂとは、２つのゲイン手段が並列配置されている実施形態を示している。図７Ａ及び図７Ｂの実施形態は、増幅ゲイン手段の部分を通る２つの通路に備えている。本明細書の背景技術の項において述べたように、上流側の放電から生じたデブリが、下流側の放電を妨げることがある。この問題は、この実施形態において、電極間を通る非常に安定したレーザガス流を供給し、かつ、上流側の放電から生じるデブリが次のパルスの前に下流側ゲイン領域を通過するのに十分な速さの流速を与えることによって、処理される。別の代替的実施形態は、上流側の放電から生じたデブリが、後続のパルスの時には、電極間の距離の約２／３の位置にくるように、ガス流の速度を調節することである。例えば、レーザが２０００Ｈｚのパルス繰返数で作動しており、上流側電極と下流側電極の間の距離が６ｃｍであるとすると、上流側の放電から生じたデブリの中心が、第１回目の後続パルスの間には下流側電極の約２ｃｍ上流にあり、第２回目の後続パルスの間には下流側電極の２ｃｍ下流にくるように、電極間のガス速度を約８０００ｃｍ／ｓｅｃとすることができる。
【００１７】
図７Ａ及び図７Ｂと図８Ａ及び図８Ｂとの実施形態においては、パルス電力は、図１と図２Ａ及び図２Ｂとに示されている先行技術のレーザにおける先行技術のパルス電力システムに小さな修正を施したものとすることが好ましい。好ましい実施形態においては、レーザチャンバの一側のピーキング・コンデンサバンクの部分が陰極７０Ａに電力を供給し、他側のコンデンサが陰極７０Ｂに電力を供給する。この実施形態においては、コンデンサの総数は、２８個から４０個（各側に２０個）へと増加させることが好ましい。陰極７０Ａは、シードにヘッドスタートを与えるために、陰極７０Ｂよりも陽極２０に僅かに近い。
【００１８】
傾斜したシードビーム
本発明の別の実施形態を図９に示す。この実施形態においては、レーザシステムのシード部の共鳴空洞は、先行技術のＬＮＰ１５と、このケースでは反射率５０％の鏡である先行技術の出力カプラ５２Ａとによって形成される。図９に示すように、シード空洞は、電極間に形成されたゲイン手段を完全に横切って傾斜している。ＫｒＦエキシマレーザの通常のパルスの間に、ビームはシードゲイン手段を通って約５回トリップする。各トリップで、光はシード空洞内で増幅されることとラインを幅狭められることの両方を受ける。各トリップで、光の約５０％が出力カプラ５２Ａを通り抜け、鏡８０Ａ及び８０Ｂによって反射され、鏡８０Ｂと８０Ｃの間のゲイン手段において、さらに増幅される。この実施形態に対して、レーザ用のパルス電力システムは、図１０Ｃに示されているパルス形状と類似のパルス形状を生成するように配置することが好ましい。このことにより、主としてシードビームのための第１のパルスと、該ビームを増幅するための第２の重なり合ったより大きなパルスとを供給することになる。
【００１９】
傾斜ビームによる優れたライン幅狭め
電極間のゲイン手段を横切ってシードビームを傾けることで、図２Ａ及び図２Ｂで説明したような先行技術のシステムに伴う重大な問題が除去される。この問題は、ゲイン手段の縁部近くの屈折率ｎ（これはビームの位相速度の尺度である）は、ゲイン手段の中心部よりかなり高いという事実から生じる。これは、ビームの両側の光の位相は、それがゲイン手段を越えていくとき、ビームの中心の光の位相よりも緩やかに進むことを意味している。これが、ＬＮＰに入る波頭のゆがみを生じる。このゆがみは、次に、非常に狭い帯域のライン幅を生成するＬＮＰ１５の能力を制限する。このゆがみは、格子を僅かに傾けることによって幾分かは補償することができるが、出願人は、ゲイン手段におけるゆがみの多くはナノ秒間隔の時間に依存しているものと判断した。格子はこの速い変化に対応することができない。ビームを傾けてゲイン手段を横切るように方向付けることによって、ビームの全部分は同一の屈折率の変動を示す。図１０Ｂは、屈折率ｎが水平方向にゲイン手段を横切ってどのように変化するかを定性的に示す。（ゲイン手段は、通常のリソグラフィーエキシマレーザにおいては、水平方向に幅５ｍｍ、垂直方向に高さ約１８ｍｍである。屈折率は、垂直方向には、ゲイン手段ほぼ全体にわたり比較的平坦である。
【００２０】
図１０Ａにおいては、３本の光のビームがゲイン手段の軸に沿ってゲイン手段を通過しているのを示しており、１本はゲイン手段の中央部、他の２本は水平方向の縁部にある。８２で示すように、縁部のビームは、中央部のビームより緩やかに進むので、波頭がゆがんでいる。しかしながら、８４で示すように、３本の同様なビームがゲイン手段を横切って斜めに通過する時には、３本のビームはそれぞれ屈折率の同一の変動を受けるので、それらは８６で示すように「頭を並べて」反対側に現れる。より平坦な波頭によって、ＬＮＰはより効果的にビームのライン幅を狭めることができる。
【００２１】
本発明は、レーザリソグラフィー用の紫外線を生成するガス放電レーザにとりわけ適用性がある。本発明は、ＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザ、並びにＦ2レーザを含む。本発明によって、非常に狭い帯域幅が可能になり、それによってステッパ及びスキャナ機械が、先行技術によるシステムに比較し解像度が改善された集積回路を生産することが可能になる。
【００２２】
当業者であれば、上記に開示した教示に基づき、詳細に説明した実施形態以外にも本発明の多くの実施形態が可能であることが理解できるであろう。したがって、本明細書を読むものは、本発明の範囲を添付の特許請求の範囲及びその法的同等物によって判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術のレーザチャンバの断面図である。
【図２Ａ】先行技術のライン幅を狭められたレーザシステムを示す図である。
【図２Ｂ】先行技術のライン幅を狭められたレーザシステムを示す図である。
【図３Ａ】単一チャンバにおいて注入シーディングを行う先行技術の手法を示す図である。
【図３Ｂ】単一チャンバにおいて注入シーディングを行う先行技術の手法を示す図である。
【図３Ｃ】単一チャンバにおいて注入シーディングを行う先行技術の手法を示す図である。
【図４Ａ】１つの電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】１つの電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図５Ａ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図５Ｄ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図６Ａ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図７Ａ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図７Ｂ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】別の電極配置を有する本発明の実施形態を示す図である。
【図９】ゲイン手段を横切る屈折率の変動によって引き起こされるシードビームのゆがみを防ぐ手法を説明する図である。
【図１０Ａ】好ましい実施形態の特徴を説明する図である。
【図１０Ｂ】好ましい実施形態の特徴を説明する図である。
【図１０Ｃ】好ましい実施形態の特徴を説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１  熱交換器
１５  ＬＮＰ
１８、１８Ａ、１８Ｂ  陰極
１９  コンデンサ
２０  陽極
２１  真鍮高電圧フィード棒
２３  高電圧バス
５０Ａ、５０Ｂ  陰極
５４、５５、５６  全反射鏡
７０Ａ、７０Ｂ  陰極
８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ  鏡
【図１】
2007019534.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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