(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力レーザビームを作り出すための狭バンド放電スマートレーザであって、
Ａ）レーザフレームと、
Ｂ）前記レーザフレームに調節可能に取り付けられたレーザチャンバと、
Ｃ）前記チャンバ内に包含されるレーザガスと、
Ｄ）前記チャンバ内に包含される間隔が隔てられた２つの細長い電極と、を有し、前記電極及びレーザガスはそれらの間に利得媒体を構成し、
Ｅ）出力カプラと、
Ｆ）プリズムビームエキスパンダ、ＲMAXミラー、及び、グレーティング湾曲を
構成する湾曲可能なグレーティングを備える線狭帯域化モジュールと、を有し、前記線狭帯域化モジュールとその光学コンポーネントと出力カプラが共鳴キャビティを構成し、
Ｇ）少なくともパルスエネルギ、波長、及びバンド幅を含むレーザビームパラメータを検出するためのウェーブメータと、
Ｈ）前記ウェーブメータが検出したレーザビームパラメータに基づいて制御を行うコンピュータコントローラと、
Ｉ）前記ウェーブメータによって前記コンピュータコントローラに提供されるバンド幅情報に基づいてグレーティング湾曲を調整するための前記コンピュータコントローラによって制御されるグレーティング湾曲ポジショナーと、
Ｊ）前記コンピュータコントローラからの制御信号に基づいてレーザビームの方向に対して垂直な方向における前記チャンバの水平位置を位置決めするためのチャンバポジショナーと、
Ｋ）前記コンピュータコントローラからの制御信号に基づいて前記プリズムビームエキスパンダを位置決めするプリズムビームエキスパンダ位置決めユニットと、
Ｌ）前記コンピュータコントローラからの制御信号に基づいてＲMAXミラーを枢動するためのＲMAXピボットポジショナーと、
Ｍ）前記コンピュータコントローラからの制御信号に基づいて前記ＲMAXミラーを傾けるためのＲMAXチルトポジショナーと、
を有することを特徴とするスマートレーザ。
【請求項２】
前記グレーティング湾曲ポジショナーがステッパモータを有することを特徴とする、請求項１に記載のスマートレーザ。
【請求項３】
前記チャンバポジショナーがステッパモータであることを特徴とする、請求項１に記載のスマートレーザ。
【請求項４】
前記プリズムプレートポジショナーがステッパモータであることを特徴とする、請求項１に記載のスマートレーザ。
【請求項５】
前記ＲMAXチルトポジショナーがステッパモータであることを特徴とする請求項１に記載のスマートレーザ。
【請求項６】
前記ポジショナーの全てがステッパモータであることを特徴とする、請求項１に記載のスマートレーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
これは、１９９９年２月１１日に出願された米国特許出願シリアル番号09/248,866号の一部継続出願である。本発明はレーザに関し、特にビーム品質のフィードバック制御を備えるレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのレーザの用途において、ビーム出力の正確な制御が望まれている。係るレーザようのある用途は、集積回路リソグラフィようの光源である。現在、ＫｒＦエキシマレーザが、最先端の集積回路リソグラフィデバイス用の選択光源である。努力により製造が増大し、精密な集積回路パターンを作り出さなければならないので、光源の仕様は、よりタイトになってきている。
【０００３】
２４８ｎｍＫｒＦレーザの典型的な仕様は、バンド幅がＦＷＨＭ約０．６ｐｍであり、波長安定性が特定の波長で０．１ｐｍ以内であり、エネルギドーズ安定性が約±０．５パーセントである。更に、ビーム断面強度値の制御が重要である。
【０００４】
図１は、ＩＣリソグラフィ用の従来技術のＫｒＦエキシマレーザシステムのいくつかの特徴を示す。システムは、利得媒体と、不釣り合いに大きく示された（「線狭帯域化パッケージ」又はＬＮＰと呼ばれる）線狭帯域化モジュール７と、出力カプラ４との間に２つの細長い電極（図示せず）を包含するレーザチャンバ３が取り付けられたレーザフレーム構造体５を含む。図１のＬＮＰ部分は、ＬＮＰの平面図を示す。ビームの断面は、一般的には長方形であり、典型的には幅約３．５ｍｍ、高さ約１５ｍｍである。従来技術のデバイスでは、線狭帯域化モジュール７及び出力カプラモジュール４の各々は、レーザフレーム構造体５に固着されたフレームを含む。出力カプラモジュール及び線狭帯域化モジュールのフレーム内の光学コンポーネントは、レーザ共鳴キャビティを構成するために手動で調整される。チャンバは、図１の矢印３Ａによって示したようにビーム幅の方向に時間から時間まで構成された共鳴キャビティ内で手動で精密に位置決めされるように、レーザフレーム内に調節可能に取り付けられる。これらの調節により、レーザ技術者が、最適なビーム出力パラメータを達成するために共鳴キャビティを利得媒体と整列させることができる。例えばこの従来技術では、３つのプリズムビームエキスパンダ１８が、プリズムプレート１３に取り付けられたプリズム８，１０及び１２からなる。従来技術のデバイスでは、プリズムプレート１３は、アライメント技術として矢印１３Ａの方向に手動で調整することができた。従来技術のデバイスはまた、レグ１７Ａ及び１７Ｂにより大きな又はより小さな圧縮力をかけるための拡張又は収縮湾曲機構によって増加又は減少する凹状にグレーティング１６の表面の湾曲を手動で調整することを含む。該調整は、出力ビームのバンド幅を制御するために主になされた。グレーティング表面を凹状に負勢するための別の従来技術は、米国特許第5,095,492号に記載されている。
【０００５】
いま使用中の典型的な従来技術のリソグラフィエキシマレーザは、パルスエネルギ及び名目上の波長を調整するための２つの自動フィードバック制御を組み込む。パルスエネルギは、図１に示したようなビーム出力モニタ２２で出力パルスエネルギを測定することによってフィードバックシステムで制御され、次いで、所望の範囲内でパルスエネルギを調整するために電極の間に印加された高電圧を制御するためにコンピュータコントローラ２４でこれらの測定を使用する。（ウェーブメータとも呼ぶ）ビーム出力モニタ２２はまた、パルス出力ビームの名目上の波長及びバンド幅を測定する。コンピュータコントローラ２４は、所望の範囲内に対してビームの名目上の波長を制御するためにステップモータ１５を使用して調整モニタ１４の枢動位置を調節する。
より簡単に、より早く、そしてより正確なレーザビーム出力パラメータの制御を提供する改良が必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ウェーブメータからのフィードバック信号を使用するパルスエネルギ、波長、及びバンド幅の自動コンピュータ制御を有するスマートレーザを提供する。パルスエネルギは放電電圧を制御することによって制御され、波長は線狭帯域化モジュールにおけるＲMAXミラーの位置を制御することによって制御され、バンド幅は線狭帯域化モジュールにおけるグレーティングの湾曲を調節することによって制御される。好ましい実施形態は、ビームエキスパンダプリズムが配置され、ＲMAXチルトの自動調節であるプリズムプレートの自動調節によって、水平及び垂直ビームプロファイルの自動フィードバックコントロールを含む。他の好ましい実施形態は、共鳴キャビティ内のレーザチャンバの水平位置の自動調整を含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して記載する。
第１の好ましい実施形態
本発明の第１の好ましい実施形態のコンビネーションブロック概略図を図２に示す。この図は、重要なレーザビームパラメータの著しく改良されたインスタント制御を提供するために、レーザチャンバ及びコンポーネントのアライメントを自動化する従来技術を越える重要な改良を示す。新しいレーザフレーム５Ａは、方向３Ａにチャンバの水平位置を自動的に調整するために、チャンバ位置ステップモータをそれに対して追加される。新しいＬＮＰ７Ａは、プリズムプレートステッパモータ３２と、R-maxチルトステッパモータ３４と、グレーティング湾曲モータ３３０とを含む。これらのステッパモータの全てが、コンピュータコントローラ２４Ａによって制御される。
【０００８】
グレーティング表面湾曲の２ウェイ自動制御
グレーティング湾曲ステッパモータ３０が、グレーティング１６の湾曲を制御するために追加されている。システムは、グレーティング１６のライン表面において凹湾曲を作り出すためにレグ１７Ａ及び１７Ｂを離れるように広げるための圧縮力か、グレーティング１６のライン表面において凸湾曲を作り出すためにレグ１７Ａ及び１７Ｂを一緒に引くような引っ張り力のいずれかを適用することができる新しい湾曲機構設計２０Ａを含む。モータ３０の制御は、コンピュータコントローラ２４によって提供される。
【０００９】
基本的なエレメント、及びグレーティング湾曲機構の作動の機能的な記載を、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに示す。図３Ａは、グレーティングアセンブリに取り付けられた双方光性制御ユニットを有するグレーティングアセンブリを示すが、グレーティングに適用される湾曲表面は備えていない。グレーティング１６と、左端プレート１７Ｂと、右端プレート１７Ａと、圧縮バネハウジング４８と、左圧縮バネ５０と、右圧縮バネ５１と、調節シャフト４４と、調節シャフト４４に固定するようにピンで留められたピストン４９とを示す。調節シャフト４４は、右端プレート１７Ａにおけるねじチャネルと噛み合うねじ長４４Ａ（1/4-28UNF-3B×1.38長）を有する。図３Ａの状況では、両方のバネが、互いにオフセットする等しい圧縮力を加えるか、又は、両方のバネが無負荷である。グレーティング表面の曲率は、シャフト４４を回転することによって調節される。シャフト４４をハウジング４８内にネジ込むことによって、左圧縮バネ５０は、図３Ｂのハウジング８内に２つの矢印によって示したように、ハウジング４８及びピストン４９の左側に対して圧縮される。圧縮力は、矢印５６によって示したように２つの端プレート１７Ａ及び１７Ｂを離すように押す効果を有するように、右に対してはロッド４４を、左に対してはハウジング４８を押す。このことは、線５８によって示したような凹方向にグレーティング１の表面を曲げる効果を有する。
【００１０】
逆に、ロッド４４をハウジング４８の外に駆動するような方向にシャフト４４を回すことによって、左圧縮バネ５１は、図３Ｃにおいてハウジング４８内に２つの矢印によって示したように、ハウジング４８及びピストン４９の右側に対して圧縮される。圧縮力は、左に対してはロッド４４を引き、右に対してはハウジング４８を引くように、矢印５７によって示したように端プレート１７Ａ及び１７Ｂを一緒に引く効果を有する。このことは、線５９によって示したような凸方向にグレーティング１の表面を曲げる効果を有する。
【００１１】
この好ましい実施形態では、ロッド４４は約２．５４ｃｍ（１インチ）あたり２８スレッドを有し、バネは約６０ｋｇ／ｃｍ（５２ポンド／インチ）で負勢される。オペレータは、この設計で、グレーティング表面の曲率を非常に精密に調整することができる。
【００１２】
図４は、出願人と出願人の共同作業者によって製造されたグレーティングアセンブリ１６Ａの斜視図である。このアセンブリは、グレーティング１６と、（グレーティング１６に結合された）２つのグレーティング端プレート４２と、右２方向バンド幅制御端プレート１７Ａと、ロックナット５６と、グレーティング１６に結合されたインバーベースプレート５３と、アライメントロッド４４と、ソケット６４と、２つの線形ベアリング６２と、圧縮バネハウジング４８と、右圧縮バネ５１と、２つのスラストベアリング６３と、ロッド４４にピン留めされたピストン４９と、左圧縮バネ５０と、ロッド４４にピン留めされた移動制限ピストン７５と、ラジアルボールベアリング５４と、ピボットシャフト５５と、左バンド幅制御端プレート１７Ｂとからなる。
【００１３】
図５は、ＬＮＰ７Ａの破断図である。それは、２ウェイ曲率制御グレーティングアセンブリ１６Ａを示す。また、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを参照して上で説明したように凹状から凸状にグレーティング１６の線形表面の曲率を線御するためのグレーティング曲率制御ステッパモータ３０を示す。図５はまた、プリズムプレート調節モータ３２を示す。ＲMAXミラー１４に関するモータコントロールは図５には示されていない。
【００１４】
線狭帯域化パッケージ７Ａの底面図を（前から、即ちレーザからＬＮＰに向かって見た場合を）図７Ａに、（後ろから見た場合を）図７Ｂに示す。その取り付けプレートに取り付けられたグレーティング湾曲ステッパモータ３０を示す。プリズムプレートモータを３２で示し、ＲMAXチルトモータを３４で示し、ＲMAXステッパモータを１５で示す。ＬＮＰに関するビーム入口−出口ポートを６０で示す。
【００１５】
プリズムプレート位置制御
プリズムプレート１３の位置制御を、プリズムプレートステッパモータ３２をまた示す破断図５Ａに示す。その取り付けプレートに取り付けられたステッパモータ３２をまた、図７Ａ及び７Ｂに示す。モータ３２の制御は、コンピュータコントローラ２４によって提供される。
【００１６】
自動ＲMAXチルト制御
図７Ａ及び７Ｂ、及び６Ａ、Ｂ及びＣにおいて、ＲMAXチルト制御ステッパモータを３４で示す。ＲMAXミラー１４のチルトは、コンピュータコントローラ２４によってまた制御されるＲMAXステッパモータ３４によって提供される。ミラー１４のチルトは、共鳴キャビティにおける光反射の垂直方向の角度を決定する。
【００１７】
調整ミラーでの波長選択
この好ましい実施形態では、波長選択は、この明細書の従来の技術の項で説明したような従来技術に従って、ウェーブメータ２２からのフィードバック波長情報を利用するコンピュータコントローラ２４からの指示に基づいて調整ミラー１４の枢導水平位置を設定するステッパモータ１５で提供される。
【００１８】
自動チャンバ位置制御
この好ましい第１の実施形態は、（出力カプラ及び線狭帯域化パッケージ７に取り付けられた）フレーム５に対して、ビーム６の方向に対して垂直な方向におけるレーザチャンバ３の水平位置（従って、そこに包含される利得媒体の水平位置）を自動的に調節する図２に示したチャンバ位置ステッパモータ３を含む。
【００１９】
制御
コンピュータコントローラは、ウェーブメータ２２からのフィードバック信号に基づいて所望の範囲内でビームパラメータを維持するために、１５に加えてモータ３６，３２，３４，３０を制御する制御アルゴリズムでプログラムされるのが好ましい。簡単なアプローチは、（例えば、チャンバ位置ステッパモータのような）１つを除いて全ての位置を一定に保持することであり、パルスエネルギ、出力、パルスエネルギ安定性及びバンド幅のようなパラメータを見つける最適ビームパフォーマンスを作り出す位置を探すために所定の範囲にわたってアイテムを走査することである。コンピュータは、オペレータの指示でこれらの走査をすることができ、又は、所定の周期原則に基づいて走査させることができるようにプログラムすることができる。ウェーブメータがビーム品質の低下を検出したならば、コンピュータはまた、１又はそれ以上のこれらのタイプの最適位置の探索走査をさせるようにプログラムすることができる。
【００２０】
また、（ここで、例えば、レーザは０．３秒のダウンタイムによって続く１０００パルス／秒の周波数で３００パルスのようなパルスのバーストを作り出すように作動する）レーザビームパラメータのバーストモード作動中は、（即ち、バーストの開始後の時間）パルス数の関数として変化することが知られている。これらの変化を弱め又は相殺するために、コンピュータコントローラは、バーストの開始後、時間の関数として１又はそれ以上のステッパモータを調整するようにプログラムすることができる。
【００２１】
特定の最適化技術
ある好ましいパフォーマンス最適化技術では、メリットＭの数値は、最適なレーザパフォーマンスを判断するために決定される。次いで、メリットの数字の値を最大にするための調節がなされる。この値は、リアルタイムでビームを測定するセンサからの入力を使用して計算される。これらのセンサは典型的には、エネルギ安定性、レーザ効率（電圧に対するエネルギ出力）、バンド幅、ビーム幅、ビーム対称性、位置決め安定性などのような値を提供する。一般的には、メリットのベストな数値は、リソグラフィ露出のような用途における成功を決定するために最も重要な種々のパラメータを結合しうる。例えば、仮定として、パルスエネルギ／チャージ電圧（Ｅ）によって測定されるようなレーザ効率が、
Ｍ＝パルスエネルギ／チャージ電圧  又は
Ｍ＝Ｅ
であり得るメリットの値に対して重要であると考慮される。
【００２２】
（水平方向において）スペシャル対称（ＳＨ）が、Ｅに加えて判断されるならば、Ｓは測定されるべきであり、重み因子ＷSHが与えられる。完全な対称はゼロである。次いで、メリットの値に関する新しい式は以下の通りである：
Ｍ＝Ｅ−（ＷSH）（ＳＨ）
次いで、調整はＭを最小化するようになされる。同様に、メリットＭの値は、垂直対称（ＶＳ）、バンド幅（Ｂ）、波長安定性（ＷＳ）及びドーズ安定性（ＤＳ）のような他のパラメータの関数とすることができる。この場合、Ｍに関する式は以下のようになりうる：
Ｍ＝Ｅ−(ＷSH)(ＳＨ)−(ＷSV)(ＳＶ)−(ＷB)(Ｂ)−(ＷWS)(ＷＳ)−(ＷDS)(ＤＳ)
また、コンピュータは、ステッパ位置の調整をすることができ、Ｅ，ＳＨ，ＳＶ，Ｂ，ＷＳ及びＤＳを測定することができ、メリットＭの最小値を達成するために重み因子を印加することができるようにプログラムされる。
【００２３】
上で議論されたタイプの種々のパラメータが考慮されるレーザパフォーマンスを最適化するための多くの技術が周知である。ある好ましい実施形態は、W.H.Press等によるNumerical Recipes, The Art of Scientific Computing（Cambridge University Press 1990）のドキュメントにあるダウンヒルシンプレックス法であり、ここで参照する。簡単に、最初の設定のグループが調整に関して選択される。調整される多数のパラメータよりも大きな多数のコンフィギュレーション（コンフィギュレーションは調整に関する値のセットである。）がある。１繰り返しの間、調整は各コンフィギュレーションに設定され、メリットの値が測定される。次いで、最悪のメリットを備えるコンフィギュレーションは、拒否され、最高のコンフィギュレーションにより近い新しいコンフィギュレーションと置換される。繰り返しが処理されるにつれて、コンフィギュレーションは、それらのうちのいずれかひとつが最適として選択されうるまで、互いに近づく。初期の仕事では、出願人は、約１０回の繰り返しが最適を位置づけることを見いだした。ダウンヒルシンプレックス法は、信頼性のある技術であるが、非常に高速な収束が必要ならば、他の周知の技術を利用することができる。
【００２４】
更なるビームパラメータの測定
種々のビームパラメータを測定するために、出願人は図８に記載された光学セットアップを提供した。出力カプラアパーチャでのレーザビームのイメージを、レンズ７０を介して蛍光スクリーンまで光学的にリレーし、垂直及び水平対称を含むビームパラメータは、図８に示したような蛍光スクリーン７４で焦点合わせされたＣＣＤカメラを利用して決定される。蛍光スクリーンは、ＵＶ光をレーザから可視光まで変換させ、該可視光はＣＣＤカメラによってモニタされる。カメラからのアナログ出力は、ビデオフレームグラッバーでディジタルに変換され、フレームグラッバーの出力はコンピュータプロセッサによって解析される。
【００２５】
この仕事に関連して出願人はまた、図８に示したようなレンズ７２を介して第２のビームパスで、ビーム発散、ビーム位置、及びビーム位置の安定性をモニタすることができた。この場合、レンズ７２は、レーザビームを蛍光スクリーン７４に焦点合わせさせ、レンズに入る完全に平行にされた光が蛍光スクリーンで回折制限スポットとして現れるように配置される。それ故、スポットのサイズはビームの発散を測定することができ、スポットの移動はビーム位置の変化を測定することができる。これらの追加のパラメータは、これらのパラメータを考慮するレーザパフォーマンスを最適化するために本発明で使用される。
【００２６】
本発明を特定の実施形態を参照して開示及び例示したけれども、包含された主題は、当業者に明らかである他の多くの実施形態に使用することができる。例えば、各ステッパモータは、ＡＣ又はＤＣモータ、若しくは、油圧又は気圧ポジショナーのような他のポジショナーユニットで置換することができる。示唆されたコンピュータプログラムではないポジショナーを制御する多くの方法を利用することができる。ＲMAXミラーに関して上述したような同様の技術を使用して、それを自動的に位置決めするために出力カプラに１又はそれ以上のステッパモータを適用することができる。３つの強力な永久磁石を、図６に示すようなピストンを置換する磁石の１つで、２つの圧縮バネの位置で使用することができる。磁石６０は、ロッド４に固定され、磁石６２及び６４はハウジング８に固定される。ロッド４は、磁石６２及び６４の穴に貫通する。ロッド４をハウジング８の中へ、及び外へ回す効果は、上述と実質的に同じである。グレーティングの湾曲は、多数の技術を使用して達成される。例えば、圧縮又は引っ張りは、所望の垂直形状を作り出すために多数の位置で負勢され、これらの形状はフィードバックコンピュータ制御下におかれる。また、調整ミラー１４は、波のフロントのひずみを修正するために、所望の形状に変形するような変形可能なミラーであってよい。変形は、手動であっても良く、若しくは、圧電効果又は制御されたモータでなされてもよく、グレーティングを伴っても良く、それはフィードバック回路で制御されても良い。それ故、本発明は特許請求の範囲及びその均等の範囲によって示された範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の狭バンドレーザ構成を示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態を示す。
【図３】グレーティング湾曲機構の動作原理を示す。
【図４】湾曲機構の斜視図を示す。
【図５】図２の好ましい実施形態のいくつかの特徴を示す。
【図６】図２の実施形態の他の特徴を示す。
【図７】図２の実施形態の線狭帯域化モジュールの底部斜視図を示す。
【図８】選択されたビームパラメータを測定するための光学セットアップを示す。
【図１】
0003837005.tif 000002
【図２】
0003837005.tif 000003
【図３】
0003837005.tif 000004
【図４】
0003837005.tif 000005
【図５】
0003837005.tif 000006
【図６】
0003837005.tif 000007
【図７】
0003837005.tif 000008
【図８】
0003837005.tif 000009