Лазерный литографический источник света с доставкой пучка

Лазерный литографический источник света с доставкой пучка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка является продолжением заявки на патент США №10/141216, поданной 7 мая 2002, которая упоминается здесь для сведения. Изобретение относится к литографическим источникам света для изготовления интегральных схем, в частности, к источникам света на основе газоразрядных лазеров для литографии, используемой в производстве интегральных схем.

Описание известного уровня техники

Газоразрядные лазеры

Газоразрядные лазеры хорошо известны и появились вскоре после изобретения лазеров в 1960-х годах. Высоковольтный разряд между двумя электродами возбуждает лазерный газ, создавая газообразную активную среду. Резонатор, в котором находится активная среда, обеспечивает вынужденное усиление света, который затем выводится из резонатора в виде лазерного пучка. Многие из таких газоразрядных лазеров работают в импульсном режиме.

Эксимерные лазеры

Эксимерные лазеры представляют собой особый вид газоразрядных лазеров и известны с середины 1970-х. Эксимерный лазер, предназначенный для литографии интегральных схем, описан в патенте США №5023884, выданном 11 июня 1991 г., на изобретение "Компактный эксимерный лазер". Этот патент принадлежит работодателю автора настоящего изобретения и упоминается здесь для сведения. Эксимерный лазер, описанный в патенте '884, является импульсным лазером с высокой частотой следования.

Эксимерные лазеры, используемые в литографии интегральных схем, обычно работают на технологической линии круглосуточно, производя тысячи ценных интегральных схем в час, поэтому время их простоя может стоить очень дорого. По этой причине большинство компонентов организованы в виде модулей, которые можно заменить за несколько минут. Ширина полосы выходного пучка эксимерных лазеров, используемых в литографии, должна быть уменьшена до доли пикометра. Это "сужение линии" обычно осуществляется в модуле сужения линии (известном как "блок сужения линии" или МСЛ для KrF и ArF лазеров), который образует заднюю сторону резонатора лазера. (Для выбора узкой спектральной полосы в F₂ лазере используется блок выбора линии, БВЛ). МСЛ состоит из мелких оптических элементов, включающих в себя призмы, зеркала и дифракционную решетку. В газоразрядных лазерах описанного в патенте '884 типа используется импульсная система питания для генерации электрических разрядов между двумя удлиненными электродами. В таких известных системах источник постоянного тока заряжает батарею конденсаторов, так называемый "зарядный конденсатор" или "С₀", до заданного регулируемого напряжения, так называемого "зарядного напряжения", для каждого импульса. В известных устройствах величина этого зарядного напряжения может находиться в пределах около 500-1000 вольт. После зарядки С₀ до заданного напряжения замыкается полупроводниковый переключатель, и это позволяет электрической энергии, запасенной в С₀, очень быстро осциллировать через последовательность цепей магнитной компрессии и трансформатор напряжения для выработки высоковольтного электрического потенциала порядка около 16000 вольт (или выше) на электродах, которые создают разряды продолжительностью около 20-50 нс.

Основные достижения в области источников света для литографии

В течение периода 1989-2001 г.г. эксимерные лазеры, подобные лазеру, описанному в патенте '884, стали основным источником света для литографии интегральных схем. В настоящее время более 1000 таких лазеров используется на самых современных предприятиях по производству интегральных схем. Почти все эти лазеры имеют основные конструктивные особенности, описанные в патенте '884. Они включают в себя следующее:

(1) одна импульсная система питания, обеспечивающая электрические импульсы на электродах с частотой около 100-2500 импульсов в секунду,

(2) один резонатор, состоящий из выходного ответвителя типа частично отражающего зеркала и блока сужения линии, состоящего из призменного расширителя пучка, зеркала настройки и дифракционной решетки,

(3) одна разрядная камера, содержащая лазерный газ (криптон, фтор и неон для KrF, или аргон, фтор и неон для ArF), два удлиненных электрода и тангенциальный вентилятор для обеспечения достаточно быстрой циркуляции лазерного газа между двумя электродами, чтобы очистить область разряда между импульсами, и

(4) монитор пучка для контролирования энергии импульса, длины волны и ширины полосы выходных импульсов системой управления с обратной связью, предназначенной для регулирования энергии импульса, дозы энергии и длины волны каждого последовательного импульса.

В течение 1989-2001 г.г. выходная мощность этих лазеров постепенно повышалась, и требования к качеству пучка для обеспечения стабильности энергии пучка, стабильности длины волны и ширины полосы становились все более жесткими. Рабочие параметры популярной модели литографического лазера, широко используемой в производстве интегральных схем, таковы: энергия импульса 8 мДж, частота 2500 импульсов в секунду (при средней мощности пучка до около 20 Вт), ширина полосы, рассчитанная по полной ширине кривой распределения на полувысоте (ПШПВ), около 0,5 пм и стабильность энергии импульса +/- 0,35%.

Инжекционная затравка

Известным методом уменьшения ширины полосы газоразрядных лазерных систем (включая эксимерные лазерные системы) является инжекция узкополосного "затравочного" пучка в активную среду. В некоторых из этих систем лазер, генерирующий затравочный пучок, так называемый "задающий генератор", предназначен для генерации пучка с очень узкой шириной полосы в первой активной среде, и этот пучок используется в качестве затравочного пучка во второй активной среде. Если вторая активная среда действует как усилитель мощности, то такую систему называют системой "задающий генератор-усилитель мощности" (ЗГУМ). Если вторая активная среда сама имеет резонатор (в котором происходят лазерные колебания), то систему называют системой "генератор на инжекционной затравке" (ГИЗ) или системой "задающий генератор-генератор мощности" (ЗГГМ), в этом случае затравочный лазер называют задающим генератором, а расположенную после него систему называют генератором мощности. Лазерные системы, состоящие из двух отдельных систем, обычно отличаются более высокой ценой и большими габаритами, их сложнее построить и эксплуатировать, чем сопоставимые однокамерные лазерные системы. Поэтому коммерческое применение таких двухкамерных лазерных систем было ограничено до настоящего времени.

Отделение литографической установки от источника света

При производстве интегральных схем литографическая установка обычно располагается отдельно от лазерного источника света для литографии. Расстояние между ними обычно составляет от 2 до 20 метров. Иногда лазер и литографическая установка располагаются в разных помещениях. Обычно лазер располагают в помещении этажом ниже, чем литографическая установка. Лазер излучает пучок ультрафиолетового диапазона с длиной волны около 248 нм для KrF лазеров, 193 нм для ArF лазеров и 157 нм для F₂ лазеров. Ультрафиолетовое излучение, особенно на более коротких длинах волны лазеров ArF и F₂, поглощается кислородом, поэтому обычно путь прохождения лазерного пучка между лазером и литографией ограждают и прокачивают это ограждение газом, таким как азот, который гораздо меньше ослабляет пучок, чем воздух. В ограждение также помещают множество оптических элементов, включая зеркала и линзы для направления лазерного пучка в требуемое входное окно для ввода пучка в литографическую установку и обеспечения любой необходимой модификации пучка, например, изменения профиля поперечного сечения. Оборудование для доставки пучка в литографическую установку называется блоком доставки пучка или БДП. В прошлом БДП обычно изготавливали и поставляли отдельно от лазерного источника света.

Существует потребность в улучшении конструкции импульсного газоразрядного лазера для работы с частотой следования порядка около 4000 импульсов в секунду или выше, которая бы позволяла получить лазерный свет во входном окне литографической установки с параметрами качества пучка, такими как длина волны, ширина полосы, энергия импульса и профиль поперечного сечения, необходимыми для литографической установки.

Краткое изложение сущности изобретения

Предложен модульный газоразрядный лазерный источник света ультрафиолетового диапазона с высокой частотой следования для установки на поточной линии. Система содержит закрытый прокачиваемый путь прохождения пучка для доставки лазерного пучка в заданное место, такое как входное окно установки на поточной линии. В предпочтительных вариантах установкой на поточной линии является литографическая установка, при этом предусмотрены две отдельные разрядные камеры, одна из которых является частью задающего генератора, создающего очень узкополосный затравочный пучок, который усиливается во второй разрядной камере. Эта система ЗГУМ способна вырабатывать импульсы с энергией приблизительно вдвое выше, чем сопоставимая однокамерная лазерная система, и значительно повышать качество пучка. Расширитель импульса увеличивает длину импульса более чем в два раза, что приводит к уменьшению мощности импульса (мДж/нс) по сравнению с известными лазерными системами. Этот предпочтительный вариант позволяет обеспечивать приблизительно постоянное освещение плоскости пластины в литографической системе в течение всего ее срока службы, несмотря на существенную деградацию оптических элементов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает компоновку литографической лазерной системы с блоком доставки пучка,

Фиг.2, 2А и 2В изображают компоненты расширителя импульса,

Фиг.3А, 3В, 3С, 3D, 3Е, 3F и 3G изображают элементы ретрансляционной оптики для лазерной системы на фиг.1,

Фиг.4А, 4В и 4С изображают конфигурации доставки пучка,

Фиг.5 изображает график отношения энергии импульса к зарядному напряжению,

Фиг.6 изображает способ поворота пучка на 90 градусов с помощью призмы,

Фиг.7 изображает лазерный источник света с доставкой пучка к сканеру,

Фиг.8А-8Е изображают легко уплотняемые сильфонные уплотнения,

Фиг.9 демонстрирует элемент предпочтительного расширителя импульса.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Первый предпочтительный вариант настоящего изобретения изображен на фиг.1. В этом варианте ультрафиолетовый лазерный пучок с длиной волны 193 нм подается во входное окно шаговой литографической установки 2, например, установки, выпускаемой компаниями Canon и Nikon с оборудованием из Японии, и ASML с оборудованием из Нидерландов. В данном случае основные элементы лазерной системы 4 установлены под полом, на котором установлен сканер. Однако эта лазерная система содержит блок 6 доставки пучка, обеспечивающий закрытый путь прохождения пучка для доставки лазерного пучка к входному окну сканера.

Данная конкретная лазерная система содержит задающий генератор и усилитель мощности 10 и относится к типу лазерной системы, известному как система ЗГУМ. Данная компоновка ЗГУМ является существенным усовершенствованием источников света для производства интегральных схем по сравнению с известными методами использования одного лазерного генератора для обеспечения лазерного света. Как задающий генератор, так и усилитель мощности содержат разрядную камеру, подобную разрядной камере известных однокамерных лазерных систем для литографии. Эти камеры содержат два удлиненных электрода, лазерный газ, тангенциальный вентилятор для циркуляции газа между электродами и водоохлаждаемыми ребристыми теплообменниками. Задающий генератор генерирует первый лазерный пучок 14А, который усиливается двумя проходами через усилитель мощности для получения лазерного пучка 14В. Задающий генератор 8 содержит резонатор, образованный выходным ответвителем (ВО) 8А и блоком сужения линии 8В, которые были описаны в общих чертах в разделе "Описание известного уровня техники" и подробно описаны в упоминаемых выше патентах. Активная среда для задающего генератора 8 создается между двумя электродами длиной 50 см, заключенными внутри разрядной камеры 8С задающего генератора. Усилитель мощности 10 в принципе представляет собой разрядную камеру, которая в данном предпочтительном варианте реализации практически аналогична разрядной камере 8С задающего генератора, так как разрядная камера 8С задающего генератора обеспечивает активную среду между двумя удлиненными электродами, но не имеет резонатора. Такая компоновка ЗГУМ позволяет выполнить задающий генератор с возможностью получения максимальных параметров качества пучка, а именно: стабильную длину волны, очень узкую ширину полосы, и в то же время усилитель мощности можно выполнить с возможностью получения максимальной выходной мощности. Например, современный источник света, выпускаемый компанией Cymer, Inc., работодателем авторов изобретения, представляет собой систему ArF лазера с параметрами 5 мДж на импульс, 4 кГц. Система, изображенная на фиг.1, представляет собой систему ArF лазера с параметрами 10 мДж на импульс (или выше при необходимости), 4 кГц, которая вырабатывает по меньшей мере вдвое большую среднюю мощность ультрафиолетового излучения с существенно улучшенным качеством пучка. По этой причине система ЗГУМ представляет собой источник лазерного света гораздо более высокого качества и более высокой мощности.

Расширитель импульса

Сканирующие установки для производства интегральных схем содержат большие линзы, которые сложно изготовить и стоимость которых составляет миллионы долларов. Эти очень дорогие оптические элементы подвержены деградации в результате воздействия на них миллиардов импульсов ультрафиолетового диапазона и высокой интенсивности. Как известно, оптическое разрушение возрастает с увеличением интенсивности (т.е. мощности света (энергия/время) на см², или мДж/нс/см²) лазерных импульсов. Типичная продолжительность импульса лазерного пучка, генерируемого этими лазерами, составляет около 20 нс, так что пучок 5 мДж будет иметь интенсивность мощности импульса около 0,25 мДж/нс. Увеличение энергии импульса до 10 мДж без изменения продолжительности импульса приведет в удвоению мощности импульсов до около 0,5 мДж/нс, что может значительно сократить полезный срок службы этих дорогостоящих оптических элементов. Авторы настоящего изобретения решили эту проблему путем увеличения продолжительности импульса от около 20 нс до более, чем 50 нс, тем самым уменьшив скорость разрушения формирующей оптики сканера. Такое расширение импульса достигается с помощью блока 12 расширения импульса, показанного на фиг.2. На фиг.2 представлены в увеличенном масштабе пути прохождения пучков через расширитель 12 импульсов. Расщепитель 16 пучка отражает около 60 процентов выходного пучка 14 В усилителя мощности в путь задержки, образованный четырьмя фокусирующими зеркалами 20А, 20В, 20С и 20D. 40 процентов передаваемой части каждого импульса пучка 14В превращается в первый максимум 13А соответствующего растянутого импульса 13, показанного на фиг.2В, пучка 14С. Растянутый пучок 14С направляется расщепителем 16 пучка к зеркалу 20А, которое фокусирует отраженную часть в точку 22. Затем пучок расширяется и отражается от зеркала 20 В, которое преобразует расширенный пучок в параллельный пучок и направляет его к зеркалу 20С, которое снова фокусирует пучок в точку 22. Этот пучок затем отражается зеркалом 20D, которое подобно зеркалу 20В превращает расширенный пучок в параллельный световой пучок и направляет его обратно к расщепителю 16 пучка, где 60 процентов первого отраженного света отражается, точно совпадая с первой переданной частью этого импульса в выходном пучке 14С, и образует большую часть максимума 13В импульса 13, показанного на фиг.2В. 40 процентов отраженного пучка проходит через расщепитель 14 пучка и следует точно по пути первого отраженного пучка, создавая дополнительные меньшие максимумы в растянутом импульсе 13. В результате получается растянутый импульс 14С, который растянут по продолжительности от около 20 нс до около 50 нс. Растянутый импульс 14С изображен на графике на фиг.2В как отношение интенсивность-время, и его и можно сравнить с формой выходного импульса 14В усилителя мощности, показанной аналогичным образом на фиг.2А.

Форма растянутого импульса в этом варианте имеет два больших равных пика 13А и 13В с уменьшающимися меньшими пиками, следующими по времени за первыми двумя пиками. Форму растянутого импульса можно изменить, используя другой расщепитель пучка. Авторы обнаружили, что расщепитель пучка, отражающий около 60 процентов, создает максимальное растяжение импульса, измеренное параметром, известным как "квадрат длительности импульса, интегрированный со временем" (КДВ). Использование этого параметра представляет собой метод определения эффективной длительности импульсов, имеющих нечетно сформированные кривые мощность-время. КДВ определяется как:

где I(t) - интенсивность как функция времени.

Для сохранения свойств профиля пучка и свойств расходимости зеркала, которые направляют пучок по пути задержки распространения, должны образовать систему ретрансляции изображения, которая также должна действовать как единый увеличительный фокальный телескоп. Это обусловлено характерной расходимостью пучка эксимерного лазера. При направлении пучка по пути задержки без воспроизведения, его размер отличается от размера исходного пучка, когда он воссоединяется на расщепителе пучка. Для придания расширителю импульсов функций воспроизводящей ретрансляции и афокального телескопа зеркала выполнены со специальным радиусом кривизны, который определяется длиной пути задержки. Расстояние между зеркалами 20А и 20D равно радиусу кривизны вогнутых поверхностей зеркал и 1/4 суммарного пути задержки.

Относительные интенсивности первых двух пиков в растянутом импульсе можно модифицировать с помощью подбора отражательной способности расщепителя пучка. Кроме того, конструкция расщепителя пучка, а значит и выходного КДВ расширителя импульса зависят от эффективности системы ретрансляции пучка, и поэтому выходной КДВ также зависит от величины отражательной способности зеркал воспроизводящей ретрансляции и количества потерь на расщепителе пучка. При 87% отражательной способности воспроизводящего ретрансляционного зеркала и 2% потерь на расщепителе пучка максимальное увеличение КДВ имеет место, когда отражательная способность расщепителя пучка составляет 63%.

Для юстирования расширителя импульса необходимо, чтобы два зеркала из четырех воспроизводящих ретрансляционных зеркал были регулируемыми. Каждое из двух регулируемых зеркал будет регулироваться по вершине/наклону, обеспечивая в сумме четыре степени свободы. Необходимо, чтобы два регулируемых зеркала были расположены на противоположных концах системы, из-за конфокальной конструкции системы. Для создания саморегулирующегося расширителя импульсов требуется автоматическая регулировка необходимых четырех степеней свободы и диагностическая система, которая могла бы обеспечивать информацию обратной связи для определения характеристик регулировки. Конструкция такой диагностической системы, которая могла бы квалифицировать характеристики регулировки, требует, чтобы система воспроизведения была способна воспроизводить выход расширителя импульсов как в ближнем, так и дальнем поле. Путем анализа наложения подимпульсов на исходный импульс в двух плоскостях (ближнее поле и дальнее поле) можно получить необходимую информацию для автоматической регулировки зеркал, чтобы получить выход, в котором каждый из подимпульсов распространяется по одной линии с исходным импульсом.

Ретрансляционная оптика

В этом предпочтительном варианте выходной пучок 14А задающего генератора 8 усиливается посредством двух проходов через усилитель 10 мощности для формирования выходного пучка 14 В. Оптические элементы, осуществляющие эту операцию, содержатся в трех модулях, которые автор назвал следующим образом: волновой технологический блок задающего генератора (ВТБ ЗГ) 24, волновой технологический блок усилителя мощности (ВТБ УМ) 26 и переключатель направления пучка (ПНП) 28. Все эти три модуля вместе с модулем 8В сужения линии и выходным ответвителем 8А установлены на одном вертикальном оптическом столе, независимо от разрядной камеры 8С и разрядной камеры усилителя 10 мощности. Вибрации камер, обусловленные акустическим ударом и вращением вентилятора, необходимо изолировать от оптических элементов.

Оптические элементы в модуле сужения линии задающего генератора и в выходном ответвителе в данном варианте практически такие же, как в известных литографических лазерных источниках света, упоминавшихся в описании известного уровня техники. Модуль сужения линии включает в себя трех- или четырехпризменный расширитель пучка, зеркало настройки с очень быстрым откликом и дифракционную решетку, скомпонованную в конфигурации Литтрова. Выходной ответвитель представляет собой частично отражающее зеркало, которое отражает 20 процентов выходного пучка для KrF систем и около 30 процентов для ArF систем и пропускает остальную часть. Выход задающего генератора 8 контролируется в модуле анализа центра линии (МАЛ) 7 и проходит в ВТБ ЗГ 24. ВТБ ЗГ содержит призму с полным внутренним отражением (ПВО) и регулировочные элементы для точного направления выходного пучка 14А в ВТБ УМ. Призмы ПВО, как призма, показанная на фиг.3А, могут поворачивать лазерный пучок на 90 градусов с эффективностью более 90 процентов, не требуя отражающих покрытий, которые обычно разрушаются под действием ультрафиолетового излучения высокой интенсивности. Альтернативно, вместо призмы ПВО можно использовать первое поверхностное зеркало с прочным высокоотражающим покрытием.

ВТБ УМ 26 содержит призму ПВО 26А, показанную на фиг.3С-F, и регулировочные элементы (не показаны) для направления лазерного пучка 14А, чтобы он осуществил первый проход через активную среду усилителя мощности. Альтернативно, как и выше, вместо призмы ПВО можно использовать первое поверхностное зеркало с высокоотражающим покрытием. Модуль 28 переключателя направления пучка содержит двуотражающую призму 26В переключения направления пучка, показанную на фиг.3В-D, которая подобно одноотражающей призме, показанной на фиг.3А, основана на полном внутреннем отражении и поэтому не требует оптических покрытий. Грань, на которой Р-поляризованный пучок входит в призму и выходит из нее, ориентирована под углом Брюстера для минимизирования отражения и повышения эффективности призмы почти до 100%.

После реверсирования в модуле 28 переключения направления пучка частично усиленный пучок 14А осуществляет другой проход через активную среду в усилителе 10 мощности и выходит через модуль 9 анализа спектра и ВТБ УМ 26 как выходной пучок 14В усилителя мощности. В этом варианте второй проход пучка 14А через усилитель 10 мощности происходит точно по линии с удлиненными электродами в разрядной камере усилителя мощности. Первый проход следует по пути под углом около 6 миллирадиан относительно пути второго прохода, и первый путь первого прохода пересекает центральную линию активной среды в точке на половине пути между двумя концами активной среды. На фиг.3С и 3D показы виды сбоку и сверху пути прохождения пучка 14А через усилитель мощности. Можно заметить, что конструкция и положение призмы 28А переключения направления пучка должны вмещать угол β и пространственный сдвиг d, показанные на фиг.3В. В этом варианте β=6 миллирадиан, а d=5 мм.

На фиг.3Е (вид сбоку) и 3F (вид сверху) показаны некоторые дополнительные существенные элементы формирующей оптики в модуле ВТБ усилителя мощности. Следует отметить, что на виде сбоку пучок "к" УМ показан над пучком "от" УМ. Это сделано для того, чтобы оба пучка можно было показать на чертеже вида сбоку. (В действительности оба пучка находятся на одинаковой высоте, так что пучок "от" будет перекрывать пучок "к", если показать оба пучка на правильной высоте). Как видно на фиг.3F, пучок "от" проходит близко к призме ПВО 26А через выходное отверстие 26С и расширяется в 4 раза в горизонтальном направлении двумя расширяющими пучок призмами 26D и выходит в модуль 22 расширения импульса (названного заявителями "ОПРИ" - сокращение для оптического расширителя импульса). Выходное отверстие 26С, а также другие отверстия в ретрансляционной оптике следует считать факультативными и их можно заменить временными метками совмещения.

Другие аспекты призм ПВО

Призмы ПВО в ВТБ ЗГ и ВТБ УМ являются предпочтительными по сравнению с зеркалами с покрытой диэлектриком первой поверхностью, потому что они не имеют оптических покрытий, имеющих тенденцию разрушаться при длительном воздействии УФ-излучением с высокой плотностью энергии. Один недостаток призм ПВО заключается в нежелательных отражениях Френеля, которые имеют место на входной и выходной гранях. При использовании материала фторида кальция с длиной волны 193 нм каждая грань отражает около 4% падающего пучка. Если падающий пучок перпендикулярен к этой поверхности, нежелательные отражения будут распространяться обратно по пути падающего пучка и снова входить в ЗГ. Это может нарушить стабильность работы ЗГ. Эту проблему можно решить посредством наклона входной и выходной граней призм ПВО приблизительно на 1 градус относительно падающего пучка. Этого можно достичь путем поворота призмы ПВО 45°-45°-90° на 1 градус, в этом случае угол отклонения первичного пучка изменится от 90° до 88° или 92° (в зависимости от направления поворота на 1 градус). Альтернативно, угол отклонения на 90° и наклон граней на 1(можно обеспечить с помощью призмы ПВО с углами 44°-44°-92° или 46°-46°-88°, или 44,33°-45,67°-90°.

Призма ПВО 26А в ВТБ УМ используется очень близко к краю каждой из трех оптических граней. Оптические грани этих призм должны быть тщательно отполированы в пределах 1 мм или меньше от критических краев.

Каждую призму ПВО в ВТБ ЗГ и ВТБ УМ можно регулировать с двумя степенями свободы (2 поворота, "вершина-наклон"). Призма ПВО в ВТБ ЗГ регулируется таким образом, что первичный отраженный пучок направляется в соответствующее место в ВТБ УМ. Призма ПВО в ВТБ УМ регулируется таким образом, что первичный отраженный пучок является отраженным пучком и направляется к соответствующему месту в переключателе направления пучка. Каждая призма ПВО закреплена в механическом держателе, который позволяет осуществлять регулировки вершины-наклона снаружи герметизированного модуля.

Максимальная погрешность отраженного волнового фронта определяется как 0,20 пик-впадина волны при 633 нм (т.е. 127 нм) на незатененном раскрыве (13 мм × 21 мм). Погрешность волнового фронта на гораздо меньшем пучке будет значительно меньше, хотя точная величина зависит от типа присутствующих аберраций. Если доминирующей погрешностью является простая кривизна (как обычно бывает в случае с полированными плоскостями), максимальная погрешность угла расхождения, введенная в пучок, составит около 0,02 мрад в вертикальном направлении (и гораздо меньше в горизонтальном направлении).

Деградация оптического покрытия в течение срока службы (особенно при 193 нм) представляет проблему, причем диэлектрические покрытия с высокой отражательной способностью более устойчивы к разрушению, чем покрытия с частично отражающим или антиотражающим покрытием. Способствует увеличению срока службы этого зеркала также тот факт, что энергия импульса на выходе ЗГ намного ниже, чем на выходе УМ. Так как это зеркало будет использоваться очень близко к краю, его покрытие может быть подвержено разрушению, больше чем обычно. У края могут иметь место шероховатость поверхности или неровность покрытия, которые вносят вклад в разрушение покрытия. Для избежания этих потенциальных проблем край зеркала предпочтительно тестируется. На фиг.3G проиллюстрированы аспекты расстояния. Для направления пучка в соответствующее место в модуле переключателя направления пучка поворотное зеркало будет регулироваться с двумя степенями свободы (2 поворота, "вершина-наклон"). Держатель зеркала должен иметь регулировки, доступные снаружи герметизированного модуля для регулировки зеркала с требуемой точностью.

Альтернативой зеркалу 26А с диэлектрическим покрытием является использование призмы ПВО без покрытия. Такая конструкция исключает любые проблемы разрушения покрытия в течение всего срока службы.

Средства юстировки

При такой наклонной геометрии с двойным проходом пучки, отражающиеся от ВТБ ЗГ и переключателя направления пучка, точно позиционируются в ВТБ УМ. В УМ ВТБ предусмотрены средства юстировки, позволяющие точно юстировать зеркало ВТБ ЗГ и переключатель направления пучка. Эти средства следует координировать по краю призмы ПВО. Предпочтительно, средствами юстировки служат апертуры, одна на входе в ВТБ УМ (для юстировки призмы ВТБ ЗГ), а другая на выходе (для юстировки переключателя направления пучка). Апертуры могут быть постоянными или съемными. Система должна иметь возможность юстировки в поле действия с закрытым путем прохождения пучка. Предпочтительно, положение пучка относительно апертур можно сделать видимым с помощью какой-либо двухмерной детекторной матрицы (цифровая камера). Устройство анализа пучка, так называемое УАП (возможно со встроенной апертурой), можно вставить в модуль для наблюдения за юстировкой, как показано позицией 36 на фиг.3F.

Призмы для расширения пучка

После выхода из УМ пучок имеет более высокую плотность энергии, чем где-либо в системе (из-за маленького размера пучка и высокой энергии импульса). Для исключения попадания энергии такой высокой плотности на оптические покрытия в модуле ОПРИ, которое может вызвать разрушение покрытия, в ВТБ УМ были введены призмы для расширения пучка. При расширении горизонтальной ширины пучка в 4 раза плотность энергии уменьшается до 1/4 ее предыдущего уровня.

Расширение пучка достигается с помощью двух идентичных призм с углом 20° при вершине, как показано на фиг.3Н. Ориентация призм и пути прохождения пучка показаны на фиг.3G.

Эти призмы выполнены из фторида кальция марки ArF и не имеют покрытия. Использование угла падения 68,6° на каждой призме обеспечивает анаморфотное увеличение в 4,0 раза, а номинальный угол отклонения этой пары равен нулю. Общие потери на отражение Френеля от четырех поверхностей составляют около 12%.

Блок доставки пучка

В предпочтительном варианте реализации импульсный лазерный пучок, отвечающий установленным требованиям для сканера 2, подается к световому входному окну сканера. Модуль анализа пучка, показанный позицией 38 на фиг.1, обозначенный как МАП, предусмотрен на входном окне сканера для контролирования входящего пучка и выдачи сигналов обратной связи в систему управления лазера, чтобы гарантировать, что свет, поступающий в сканер, имеет требуемую интенсивность, длину волны, ширину полосы и соответствует всем требованиям к качеству, таким как стабильность дозы и длины волны. Длину волны, ширину полосы и энергию импульса контролирует метрологическое оборудование в модуле анализа пучка последовательно на каждом импульсе при частоте импульсов до 4000 Гц с помощью методов, описанных в заявке на патент США №10/012002, упоминаемой здесь для сведения.

Другие параметры пучка можно также контролировать с любой требуемой частотой, и поскольку эти другие параметры, такие как поляризация, профиль, размер и наведение пучка относительно стабильны, их можно нормально контролировать гораздо реже, чем такие параметры как длина волны, ширина полосы и энергия импульса.

Этот конкретный БДП содержит два зеркала 40А и 40В наведения пучка, оба или одно из которых можно регулировать для коррекции вершины и наклона с целью изменения наведения пучка. Наведение пучка можно контролировать в МАП, обеспечивающем управление с обратной связью посредством наведения одного или обоих наводящих зеркал. В предпочтительном варианте реализации предусмотрены пьезоэлектрические приводы, обеспечивающие реакцию наведения меньше, чем за 7 миллисекунд.

Фиксированный выход энергии

Обычно все оптические средства на пути прохождения пучка от активной среды до кремниевой пластины со временем деградируют в зависимости от интенсивности света в каждом импульсе и от количества импульсов. Однако благодаря основным достижениям за последние несколько лет эта деградация происходит медленно и обычно измеряется в миллиардах импульсов. Но все же такая деградация имеет значение, так как при круглосуточной работе с частотой 4000 Гц и с коэффициентом занятости 15 процентов литографическая система наберет миллиард импульсов приблизительно за три недели. По этой причине сохранение постоянного качества импульсов может представлять проблему. В прошлом, усилия по сохранению постоянного качества пучка в течение срока службы элементов литографической установки осложнялись тем фактом, что качество лазерного пучка для большинства управляющих функций лазера измерялось на выходе лазерной системы, сразу после выходного ответвителя. Настоящее изобретение позволяет в значительной степени уменьшить эту проблему за счет обеспечения прямого контроля с обратной связью каждого последующего импульса на входном окне сканера, а также за счет поставки блока доставки пучка как части лазерной системы. В данном предпочтительном варианте блок доставки пучка объединен с описанной выше системой ЗГУМ, которая генерирует импульсы с энергией приблизительно в два раза выше, чем современные источники света для литографии, при меньшей интенсивности энергии и существенном улучшении качества пучка. Поэтому при такой компоновке настоящее изобретение обеспечивает освещение, отвечающее требованиям оператора шаговой установки, а качество пучка и интенсивность не изменяются в течение службы литографической установки, несмотря на значительное ухудшение оптических элементов по длине пути прохождения пучка. Это достигается за счет целенаправленной эксплуатации лазерной системы таким образом, чтобы обеспечить требуемые номинальные характеристики на всех стадиях срока службы оборудования. Способы целенаправленного уменьшения энергии пучка включают в себя обычные способы уменьшения разрядного напряжения, а также уменьшения давления газа с содержанием фтора. Еще одной возможностью является ослабление пучка. Это означает, что на ранних стадиях срока службы оборудования, когда все составные части еще новые, лазер можно эксплуатировать таким образом, чтобы обеспечивать освещение с качеством и интенсивностью ниже оптимальных, но значения качества и интенсивности можно поддерживать постоянными (при желании) в течение всего срока службы литографической установки. Такой подход может существенно увеличить полезный срок службы не только очень дорогой лазерной системы, но также и гораздо более дорогостоящей шаговой установки. На фиг.5 представлен график изменения напряжения по отношению к выходной энергии импульса для опытного образца лазерной системы ЗГУМ, построенной и испытанной заявителями. Этот график показывает, что мощностью лазерной системы можно варьировать между 7 мДж и 30 мДж только путем зарядки зарядного напряжения. Например, если номинальный рабочий параметр составляет 15 мДж, то график на фиг.5 демонстрирует, что существует множество избыточных возможностей в лазере для компенсирования деградации оптики в течение длительного срока службы оборудования. Так как мощность ЗГУМ в этом варианте составляет 30 мДж на импульс в отличие от современных лазерных установок с мощностью 10 мДж, то использование описанного выше плана позволяет ожидать значительного увеличения срока службы.

БДП часть лазера

Другое преимущество обеспечения лазерного пучка на входном окне сканера заключается в том, что за блок доставки пучка теперь отвечает поставщик лазера не только в вопросах конструкции и изготовления, но также и активной превентивной эксплуатации, позволяющей минимизировать время простоя и увеличить работоспособность системы.

Различные конфигурации лазер-БДП-сканер