RU2340057C2

RU2340057C2 - Laser lithographic light source with beam transmission

Info

Publication number: RU2340057C2
Application number: RU2004109146/28A
Authority: RU
Inventors: Брайан С. КЛЕНЕ (US); Брайан С. КЛЕНЕ; Палаш П. ДАС (US); Палаш П. ДАС; Стивен Л. ГРОУВ (US); Стивен Л. ГРОУВ; Александр И. ЕРШОВ (US); Александр И. ЕРШОВ; Скотт Т. СМИТ (US); Скотт Т. СМИТ; Ксиаодзианг Дж. ПАН (US); Ксиаодзианг Дж. ПАН; Ричард Л. СЭНДСТРОМ (US); Ричард Л. СЭНДСТРОМ
Original assignee: Саймер, Инк.
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2008-11-27
Also published as: RU2004109146A

Abstract

FIELD: physics; lighting.

SUBSTANCE: system of a very narrowband two-chamber gas-discharge laser with high repetition rate has two separate discharge chambers, one of which is part of the driving generator, generating a very narrowband transmitted beam, which, using a retransmitting optical system, is directed through the second discharge chamber for obtaining an amplified output beam. The system also consists of a beam transmission unit, containing a structure for limiting the path of the beam, forming a path for transmitting the laser beam to the laser input window on the lithographic device, and a system for measuring and controlling the laser beam, designed for measuring the pulse energy, wave length and band width of output laser pulses, generated by the two-chamber laser system, and controlling output laser pulses using a control circuit with feedback.

EFFECT: constant illumination of the plane of plate in the lithographic system for the whole period of its life span.

13 cl, 23 dwg

Description

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.This application is a continuation of application for US patent No. 10/141216, filed May 7, 2002, which is referred to here for information. The invention relates to lithographic light sources for the manufacture of integrated circuits, in particular, to light sources based on gas discharge lasers for lithography used in the manufacture of integrated circuits.

Описание известного уровня техникиDescription of the prior art

Газоразрядные лазерыGas discharge lasers

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.Gas discharge lasers are well known and appeared shortly after the invention of lasers in the 1960s. A high voltage discharge between the two electrodes excites the laser gas, creating a gaseous active medium. The resonator, in which the active medium is located, provides stimulated amplification of light, which is then removed from the resonator in the form of a laser beam. Many of these discharge lasers are pulsed.

Эксимерные лазерыExcimer Lasers

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.Excimer lasers are a special type of gas discharge lasers and have been known since the mid-1970s. An excimer laser intended for integrated circuit lithography is described in US Pat. No. 5,023,884, issued June 11, 1991, to the invention of a Compact Excimer Laser. This patent belongs to the employer of the author of the present invention and is referred to here for information. The excimer laser described in the '884 patent is a pulsed laser with a high repetition rate.

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 F₂лазере 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 С₀до 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.Excimer lasers used in integrated circuit lithography usually operate on a production line around the clock, producing thousands of valuable integrated circuits per hour, so their downtime can be very expensive. For this reason, most components are organized into modules that can be replaced in a few minutes. The bandwidth of the output beam of excimer lasers used in lithography should be reduced to a fraction of a picometer. This "line narrowing" is usually carried out in a line narrowing module (known as a "line narrowing unit" or MSL for KrF and ArF lasers), which forms the back side of the laser cavity. (To select a narrow spectral band in the F ₂ laser, a line selection unit, BVL is used). MSL consists of small optical elements, including prisms, mirrors, and a diffraction grating. Discharge lasers of the type '884 patent use a pulsed power system to generate electrical discharges between two elongated electrodes. In such known systems, a direct current source charges the capacitor bank, the so-called "charging capacitor" or "C ₀ ", to a predetermined regulated voltage, the so-called "charging voltage", for each pulse. In known devices, the magnitude of this charging voltage can be in the range of about 500-1000 volts. After charging C ₀ to a predetermined voltage, the semiconductor switch closes, and this allows the electric energy stored in C ₀ to oscillate very quickly through a sequence of magnetic compression circuits and a voltage transformer to generate a high voltage electric potential of about 16,000 volts (or higher) on electrodes that create discharges lasting about 20-50 ns.

Основные достижения в области источников света для литографииMajor advances in light sources for lithography

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:During the period 1989-2001 excimer lasers, like the laser described in the '884 patent, have become the main light source for integrated circuit lithography. Currently, more than 1000 of these lasers are used in the most modern enterprises for the production of integrated circuits. Almost all of these lasers have the basic design features described in the '884 patent. They include the following:

(1) одна импульсная система питания, обеспечивающая электрические импульсы на электродах с частотой около 100-2500 импульсов в секунду,(1) one pulsed power system that provides electrical pulses on the electrodes with a frequency of about 100-2500 pulses per second,

(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,(2) one resonator consisting of an output coupler of a partially reflecting mirror type and a line narrowing unit consisting of a prism beam expander, a tuning mirror and a diffraction grating,

(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(3) one discharge chamber containing laser gas (krypton, fluorine and neon for KrF, or argon, fluorine and neon for ArF), two elongated electrodes, and a tangential fan to ensure sufficiently fast circulation of the laser gas between the two electrodes to clear the discharge region between pulses, and

(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.(4) a beam monitor for controlling the pulse energy, wavelength and bandwidth of the output pulses by a feedback control system for controlling the pulse energy, dose of energy and wavelength of each successive pulse.

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%.During the years 1989-2001 the output power of these lasers gradually increased, and the requirements for the quality of the beam to ensure stability of the beam energy, stability of the wavelength and bandwidth became more stringent. The operating parameters of the popular lithographic laser model, widely used in the manufacture of integrated circuits, are as follows: a pulse energy of 8 mJ, a frequency of 2500 pulses per second (with an average beam power of up to about 20 W), the bandwidth calculated from the full width of the distribution curve at half maximum ), about 0.5 pm and the stability of the pulse energy +/- 0.35%.

Инжекционная затравкаInjection seed

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.A well-known method for reducing the bandwidth of gas-discharge laser systems (including excimer laser systems) is the injection of a narrow-band "seed" beam into the active medium. In some of these systems, a seed-beam generating laser, the so-called “master oscillator”, is designed to generate a beam with a very narrow bandwidth in the first active medium, and this beam is used as a seed beam in the second active medium. If the second active medium acts as a power amplifier, then such a system is called the "master oscillator-power amplifier" (PGM) system. If the second active medium itself has a resonator (in which laser oscillations occur), then the system is called the “injection seed generator” (GIZ) system or the “master oscillator-power generator” (ZGGM) system, in this case the seed laser is called the master oscillator, and the system located after it is called a power generator. Laser systems consisting of two separate systems usually have a higher price and larger dimensions; they are more difficult to build and operate than comparable single-chamber laser systems. Therefore, the commercial use of such two-chamber laser systems has been limited to date.

Отделение литографической установки от источника светаSeparation of the lithographic unit from the light source

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.In the manufacture of integrated circuits, the lithographic installation is usually located separately from the laser light source for lithography. The distance between them is usually from 2 to 20 meters. Sometimes the laser and lithographic unit are located in different rooms. Typically, a laser is placed in a room a floor lower than a lithographic unit. The laser emits an ultraviolet beam with a wavelength of about 248 nm for KrF lasers, 193 nm for ArF lasers and 157 nm for F ₂ lasers. Ultraviolet radiation, especially at shorter wavelengths of ArF and F ₂ lasers, is absorbed by oxygen, so usually the path of the laser beam between the laser and lithography is fenced and pumped by a gas such as nitrogen, which attenuates the beam much less than air. A plurality of optical elements are also placed in the enclosure, including mirrors and lenses to direct the laser beam into the desired input window to enter the beam into the lithographic unit and to provide any necessary modification to the beam, for example, changing the cross-sectional profile. Equipment for delivering a beam to a lithographic unit is called a beam delivery unit or BJP. In the past, BJPs were usually manufactured and delivered separately from a laser light source.

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.There is a need to improve the design of a pulsed gas-discharge laser for operation with a repetition rate of the order of about 4000 pulses per second or higher, which would make it possible to obtain laser light in the input window of a lithographic installation with beam quality parameters such as wavelength, bandwidth, pulse energy, and profile cross section required for lithographic installation.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

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.A modular gas-discharge laser light source of the ultraviolet range with a high repetition rate for installation on the production line is proposed. The system comprises a closed pumped beam path for delivering the laser beam to a predetermined location, such as an input window of the installation on the production line. In preferred embodiments, the installation on the production line is a lithographic installation, while two separate discharge chambers are provided, one of which is part of the master oscillator, which creates a very narrow-band seed beam, which is amplified in the second discharge chamber. This ZGUM system is capable of generating pulses with energy approximately twice as high as a comparable single-chamber laser system, and significantly improving the quality of the beam. The pulse expander increases the pulse length by more than two times, which leads to a decrease in pulse power (mJ / ns) in comparison with the known laser systems. This preferred embodiment makes it possible to provide approximately constant illumination of the plate plane in the lithographic system throughout its entire service life, despite the significant degradation of optical elements.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 изображает компоновку литографической лазерной системы с блоком доставки пучка,Figure 1 shows the layout of a lithographic laser system with a beam delivery unit,

Фиг.2, 2А и 2В изображают компоненты расширителя импульса,2, 2A and 2B depict components of a pulse expander,

Фиг.3А, 3В, 3С, 3D, 3Е, 3F и 3G изображают элементы ретрансляционной оптики для лазерной системы на фиг.1,Figa, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F and 3G depict the elements of relay optics for the laser system in figure 1,

Фиг.4А, 4В и 4С изображают конфигурации доставки пучка,4A, 4B and 4C depict beam delivery configurations,

Фиг.5 изображает график отношения энергии импульса к зарядному напряжению,Figure 5 depicts a graph of the ratio of pulse energy to charging voltage,

Фиг.6 изображает способ поворота пучка на 90 градусов с помощью призмы,6 depicts a method of rotation of the beam 90 degrees using a prism,

Фиг.7 изображает лазерный источник света с доставкой пучка к сканеру,7 depicts a laser light source with beam delivery to the scanner,

Фиг.8А-8Е изображают легко уплотняемые сильфонные уплотнения,Figa-8E depict easily sealed bellows seals,

Фиг.9 демонстрирует элемент предпочтительного расширителя импульса.9 shows an element of a preferred pulse expander.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention

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.A first preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, an ultraviolet laser beam with a wavelength of 193 nm is fed into the input window of the step lithography unit 2, for example, a unit manufactured by Canon and Nikon with equipment from Japan, and ASML with equipment from the Netherlands. In this case, the main elements of the laser system 4 are installed under the floor on which the scanner is installed. However, this laser system comprises a beam delivery unit 6 providing a closed beam path for delivering the laser beam to the scanner input window.

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.This particular laser system contains a master oscillator and a power amplifier 10 and is of the type of laser system known as the PGUM system. This ZGUM arrangement is a significant improvement in light sources for the production of integrated circuits in comparison with the known methods of using a single laser generator to provide laser light. Both the master oscillator and the power amplifier comprise a discharge chamber similar to the discharge chamber of known single-chamber laser lithography systems. These chambers contain two elongated electrodes, a laser gas, and a tangential fan for circulating gas between the electrodes and water-cooled finned heat exchangers. The master oscillator generates a first laser beam 14A, which is amplified by two passes through a power amplifier to produce a laser beam 14B. The master oscillator 8 comprises a resonator formed by an output coupler (BO) 8A and a narrowing block of line 8B, which have been described in general terms in the Description of the Related Art section and are described in detail in the patents mentioned above. An active medium for the master oscillator 8 is created between two electrodes with a length of 50 cm enclosed inside the discharge chamber 8C of the master oscillator. The power amplifier 10, in principle, is a discharge chamber, which in this preferred embodiment is practically similar to the discharge chamber 8C of the master oscillator, since the discharge chamber 8C of the master oscillator provides an active medium between two elongated electrodes, but does not have a resonator. Such a ZGUM arrangement allows one to perform a master oscillator with the possibility of obtaining maximum beam quality parameters, namely, a stable wavelength, a very narrow bandwidth, and at the same time, a power amplifier can be configured to obtain maximum output power. For example, a modern light source manufactured by Cymer, Inc., the employer of the inventors, is an ArF laser system with parameters of 5 mJ per pulse, 4 kHz. The system depicted in FIG. 1 is an ArF laser system with parameters of 10 mJ per pulse (or higher if necessary), 4 kHz, which generates at least twice the average average ultraviolet power with significantly improved beam quality. For this reason, the PGUM system is a laser light source of much higher quality and higher power.

Расширитель импульсаPulse expander

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.Scanning installations for the production of integrated circuits contain large lenses that are difficult to manufacture and cost millions of dollars. These very expensive optical elements are subject to degradation as a result of exposure to billions of pulses of the ultraviolet range and high intensity. As is known, optical damage increases with increasing intensity (i.e., light power (energy / time) per cm ² , or mJ / ns / cm ² ) of laser pulses. A typical laser pulse duration generated by these lasers is about 20 ns, so a 5 mJ beam will have a pulse power intensity of about 0.25 mJ / ns. An increase in pulse energy up to 10 mJ without changing the pulse duration will double the pulse power to about 0.5 mJ / ns, which can significantly reduce the useful life of these expensive optical elements. The inventors of the present invention solved this problem by increasing the pulse duration from about 20 ns to more than 50 ns, thereby reducing the rate of destruction of the forming optics of the scanner. Such an expansion of the pulse is achieved using the block 12 of the expansion of the pulse shown in figure 2. Figure 2 presents on an enlarged scale the path of the beams through the expander 12 pulses. The beam splitter 16 reflects about 60 percent of the output of the 14 V power amplifier into the delay path formed by the four focusing mirrors 20A, 20B, 20C and 20D. 40 percent of the transmitted portion of each pulse of beam 14B is converted to a first maximum 13A of the corresponding extended pulse 13 shown in FIG. 2B of beam 14C. The stretched beam 14C is directed by the beam splitter 16 to the mirror 20A, which focuses the reflected part to the point 22. Then the beam is expanded and reflected from the mirror 20B, which converts the expanded beam into a parallel beam and directs it to the mirror 20C, which again focuses the beam at point 22 This beam is then reflected by a mirror 20D, which, like mirror 20B, turns the expanded beam into a parallel light beam and directs it back to the beam splitter 16, where 60 percent of the first reflected light is reflected exactly the first part of the transmitted pulse in the output beam 14C, and forms a large portion 13B of the maximum pulse 13 shown in Figure 2B. 40 percent of the reflected beam passes through the beam splitter 14 and follows exactly the path of the first reflected beam, creating additional smaller maxima in the stretched pulse 13. The result is a stretched pulse 14C, which stretches in duration from about 20 ns to about 50 ns. The stretched pulse 14C is shown in the graph in FIG. 2B as the intensity-time ratio, and it can be compared with the shape of the output pulse 14B of the power amplifier shown in a similar manner in FIG. 2A.

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:The shape of the stretched pulse in this embodiment has two large equal peaks 13A and 13B with decreasing smaller peaks following the first two peaks in time. The shape of the stretched pulse can be changed using another beam splitter. The authors found that a beam splitter, reflecting about 60 percent, produces the maximum tensile momentum measured by a parameter known as the “square of the pulse duration integrated with time” (KDV). Using this parameter is a method for determining the effective duration of pulses having oddly formed power-time curves. KDV is defined as:

где I(t) - интенсивность как функция времени.where I (t) is the intensity as a function of time.

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.To preserve the properties of the beam profile and the divergence properties of the mirror, which direct the beam along the propagation delay path, they must form an image relay system, which should also act as a single magnifying focal telescope. This is due to the characteristic divergence of the excimer laser beam. When the beam is directed along the delay path without reproduction, its size differs from the size of the original beam when it is reunited on the beam splitter. To give the expander of pulses the functions of the reproducing relay and the afocal telescope, the mirrors are made with a special radius of curvature, which is determined by the length of the delay path. The distance between the mirrors 20A and 20D is equal to the radius of curvature of the concave surfaces of the mirrors and 1/4 of the total delay path.

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%.The relative intensities of the first two peaks in the extended pulse can be modified by selecting the reflectivity of the beam splitter. In addition, the design of the beam splitter, and hence the output KDV of the pulse expander, depends on the efficiency of the beam relay system, and therefore the output KDV also depends on the reflectivity of the mirrors of the reproducing relay and the number of losses on the beam splitter. At 87% reflectance of the reproducing relay mirror and 2% loss at the beam splitter, the maximum increase in the QWD occurs when the reflectivity of the beam splitter is 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.To adjust the pulse expander, it is necessary that two mirrors of four reproducing relay mirrors be adjustable. Each of the two adjustable mirrors will be adjustable for apex / tilt, providing a total of four degrees of freedom. It is necessary that two adjustable mirrors be located at opposite ends of the system, due to the confocal design of the system. To create a self-regulating pulse expander, automatic adjustment of the necessary four degrees of freedom and a diagnostic system that could provide feedback information to determine the characteristics of the adjustment are required. The design of such a diagnostic system that could qualify the adjustment characteristics requires that the reproduction system be capable of reproducing the output of the pulse expander in both the near and far fields. By analyzing the superposition of the subpulses on the initial pulse in two planes (near field and far field), you can obtain the necessary information for automatic mirror adjustment in order to obtain an output in which each of the subpulses propagates along the same line with the initial pulse.

Ретрансляционная оптикаRelay Optics

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.In this preferred embodiment, the output beam 14A of the master oscillator 8 is amplified by two passes through the power amplifier 10 to form the output beam 14 V. The optical elements performing this operation are contained in three modules, which the author named as follows: the wave technological unit of the master oscillator (VTB ZG) 24, the wave technological unit of the power amplifier (VTB UM) 26 and the beam direction switch (PNP) 28. All three of these modules, together with the line narrowing module 8B and the output coupler 8A, are installed mounted on one vertical optical table, regardless of the discharge chamber 8C and the discharge chamber of the power amplifier 10. Camera vibrations due to acoustic shock and fan rotation must be isolated from optical elements.

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.The optical elements in the line narrowing module of the master oscillator and in the output coupler in this embodiment are practically the same as in the known lithographic laser light sources mentioned in the description of the prior art. The line narrowing module includes a three- or four-prism beam expander, a tuning mirror with a very fast response, and a diffraction grating arranged in the Littrov configuration. The output coupler is a partially reflective mirror that reflects 20 percent of the output beam for KrF systems and about 30 percent for ArF systems and skips the rest. The output of the master oscillator 8 is controlled in the line center analysis module (MAL) 7 and passes to the VTB ZG 24. VTB ZG contains a prism with total internal reflection (ADT) and adjustment elements for the exact direction of the output beam 14A to VTB UM. Air defense prisms, like the prism shown in FIG. 3A, can rotate the laser beam 90 degrees with an efficiency of more than 90 percent, without requiring reflective coatings, which are usually destroyed by high-intensity ultraviolet radiation. Alternatively, instead of an air defense prism, a first surface mirror with a strong, highly reflective coating can be used.

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%.VTB UM 26 contains an air defense prism 26A, shown in FIGS. 3C-F, and adjustment elements (not shown) for guiding the laser beam 14A so that it makes the first passage through the active medium of the power amplifier. Alternatively, as above, instead of an air defense prism, a first surface mirror with a highly reflective coating can be used. The beam direction switch module 28 comprises a dual-reflecting beam direction switching prism 26B shown in FIGS. 3B-D, which, like the single-reflection prism shown in FIG. 3A, is based on total internal reflection and therefore does not require optical coatings. The face on which the P-polarized beam enters and leaves the prism is oriented at the Brewster angle to minimize reflection and increase the prism efficiency to almost 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.After reversing in the beam direction switching module 28, the partially amplified beam 14A makes another pass through the active medium in the power amplifier 10 and exits through the spectrum analysis module 9 and VTB UM 26 as the output beam 14B of the power amplifier. In this embodiment, the second passage of the beam 14A through the power amplifier 10 occurs exactly along the line with the elongated electrodes in the discharge chamber of the power amplifier. The first passage follows the path at an angle of about 6 milliradians relative to the path of the second passage, and the first path of the first passage intersects the center line of the active medium at a point halfway between the two ends of the active medium. On figs and 3D shows side and top views of the path of the beam 14A through the power amplifier. It can be noted that the design and position of the beam direction prism 28A must accommodate angle β and spatial displacement d shown in FIG. 3B. In this embodiment, β = 6 milliradians, and d = 5 mm.

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.On fige (side view) and 3F (top view) shows some additional significant elements of the forming optics in the VTB module of the power amplifier. It should be noted that in the side view the bundle "k" of the PA is shown above the beam "from" the PA. This is done so that both beams can be shown in a side view drawing. (In fact, both beams are at the same height, so that the “from” beam will overlap the “k” beam, if both beams are shown at the correct height). As seen in FIG. 3F, the “from” beam passes close to the air defense prism 26A through the outlet 26C and expands 4 times in the horizontal direction by two prism expanding prisms 26D and enters the pulse expansion module 22 (referred to by the applicants as “GNSO” - an abbreviation for optical pulse expander). The outlet 26C, as well as other holes in the relay optics, should be considered optional and can be replaced with temporary alignment marks.

Другие аспекты призм ПВОOther aspects of air defense prisms

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°.Air defense prisms in VTB ZG and VTB UM are preferred in comparison with mirrors with a dielectric-coated first surface, because they do not have optical coatings that tend to collapse upon prolonged exposure to UV radiation with a high energy density. One drawback of air defense prisms is the unwanted Fresnel reflections that occur on the input and output faces. When using calcium fluoride material with a wavelength of 193 nm, each face reflects about 4% of the incident beam. If the incident beam is perpendicular to this surface, unwanted reflections will propagate back along the path of the incident beam and again enter the GB. This may violate the stability of the MH. This problem can be solved by tilting the input and output faces of the air defense prisms by approximately 1 degree relative to the incident beam. This can be achieved by rotating the air defense prism 45 ° -45 ° -90 ° by 1 degree, in this case, the deflection angle of the primary beam will change from 90 ° to 88 ° or 92 ° (depending on the direction of rotation by 1 degree). Alternatively, the deflection angle is 90 ° and the faces are tilted by 1 (this can be achieved using an air defense prism with angles of 44 ° -44 ° -92 ° or 46 ° -46 ° -88 °, or 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.The 26A air defense prism at VTB UM is used very close to the edge of each of the three optical faces. The optical faces of these prisms must be carefully polished within 1 mm or less of the critical edges.

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.Each air defense prism in the VTB ZG and VTB UM can be adjusted with two degrees of freedom (2 turns, "peak-slope"). The air defense prism in VTB ZG is regulated in such a way that the primary reflected beam is directed to an appropriate place in VTB UM. The air defense prism in VTB UM is controlled in such a way that the primary reflected beam is a reflected beam and is directed to the appropriate place in the beam direction switch. Each air defense prism is fixed in a mechanical holder, which allows adjustment of the tilt-top outside the sealed module.

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).The maximum error of the reflected wavefront is defined as 0.20 peak-trough waves at 633 nm (i.e. 127 nm) in an unshaded aperture (13 mm × 21 mm). The wavefront error on a much smaller beam will be much smaller, although the exact value depends on the type of aberration present. If the dominant error is simple curvature (as is usually the case with polished planes), the maximum error of the divergence angle introduced into the beam will be about 0.02 mrad in the vertical direction (and much smaller in the horizontal direction).

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.The degradation of the optical coating over its life (especially at 193 nm) is a problem, and dielectric coatings with high reflectivity are more resistant to destruction than coatings with a partially reflective or antireflection coating. The fact that the pulse energy at the output of the exhaust gas is much lower than at the output of the amplifier contributes to an increase in the life of this mirror. Since this mirror will be used very close to the edge, its coating may be subject to destruction more than usual. At the edge, there may be surface roughness or unevenness of the coating, which contribute to the destruction of the coating. To avoid these potential problems, the edge of the mirror is preferably tested. 3G illustrates distance aspects. To direct the beam to the appropriate place in the module of the beam direction switch, the rotary mirror will be regulated with two degrees of freedom (2 rotations, apex-tilt). The mirror holder must have adjustments accessible from the outside of the sealed module to adjust the mirror with the required accuracy.

Альтернативой зеркалу 26А с диэлектрическим покрытием является использование призмы ПВО без покрытия. Такая конструкция исключает любые проблемы разрушения покрытия в течение всего срока службы.An alternative to dielectric coated mirror 26A is to use an uncoated air defense prism. This design eliminates any problems of destruction of the coating during the entire service life.

Средства юстировкиAdjustment Tools

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.With such an oblique double-pass geometry, the beams reflected from the VTB ZG and the beam direction switch are precisely positioned in the VTB UM. Adjustment tools are provided in the VTB VTB that allow precise adjustment of the VTB ZG mirror and the beam direction switch. These funds should be coordinated along the edge of the air defense prism. Preferably, the apertures are used as alignment means, one at the entrance to the VTB UM (for adjusting the prism of the VTB ZG), and the other at the exit (for adjusting the beam direction switch). Apertures can be permanent or removable. The system should be able to adjust in the field of action with a closed path through the beam. Preferably, the position of the beam relative to the apertures can be made visible using any two-dimensional detector array (digital camera). A beam analysis device, the so-called UAP (possibly with a built-in aperture), can be inserted into the module to monitor the alignment, as shown at 36 in FIG. 3F.

Призмы для расширения пучкаPrisms for beam expansion

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.After exiting the CM, the beam has a higher energy density than anywhere else in the system (due to the small size of the beam and high pulse energy). To exclude energy of such a high density from entering optical coatings in the GNSO module, which can cause coating failure, prisms for beam expansion were introduced into VTB UM. When expanding the horizontal beam width by 4 times, the energy density decreases to 1/4 of its previous level.

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.The beam expansion is achieved using two identical prisms with an angle of 20 ° at the apex, as shown in Fig.3H. The orientation of the prisms and beam paths are shown in FIG.

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%.These prisms are made from ArF-grade calcium fluoride and are uncoated. Using the angle of incidence of 68.6 ° on each prism provides an anamorphic increase of 4.0 times, and the nominal deviation angle of this pair is zero. The total Fresnel reflection loss from four surfaces is about 12%.

Блок доставки пучкаBeam Delivery Unit

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.In a preferred embodiment, a pulsed laser beam that meets the requirements for scanner 2 is supplied to the light input window of the scanner. The beam analysis module, shown at 38 in FIG. 1, designated as MAP, is provided on the scanner input window to control the incoming beam and provide feedback signals to the laser control system to ensure that the light entering the scanner has the required intensity, length wavelength, bandwidth and meets all quality requirements, such as dose stability and wavelength. The wavelength, bandwidth and pulse energy are controlled by the metrological equipment in the beam analysis module sequentially on each pulse at a pulse frequency of up to 4000 Hz using the methods described in US patent application No. 10/012002, referred to herein for information.

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.Other beam parameters can also be controlled at any desired frequency, and since these other parameters, such as polarization, profile, size and beam guidance are relatively stable, they can be normally controlled much less frequently than parameters such as wavelength, bandwidth, and pulse energy.

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.This particular BJP contains two beam guidance mirrors 40A and 40B, both or one of which can be adjusted to correct the apex and tilt to change the beam guidance. The beam guidance can be controlled in the MAP, providing feedback control by pointing one or both of the pointing mirrors. In a preferred embodiment, piezoelectric actuators are provided that provide a guidance reaction in less than 7 milliseconds.

Фиксированный выход энергииFixed energy output

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.Usually, all optical means in the path of the beam from the active medium to the silicon wafer degrade over time depending on the light intensity in each pulse and on the number of pulses. However, thanks to major advances over the past few years, this degradation is slow and usually measured in billions of pulses. But nevertheless, such degradation is important, since with a round-the-clock operation with a frequency of 4000 Hz and a busy factor of 15 percent, the lithographic system will gain a billion pulses in approximately three weeks. For this reason, maintaining a constant quality of pulses can be a problem. In the past, efforts to maintain consistent beam quality over the life of lithographic unit elements were complicated by the fact that the quality of the laser beam for most laser control functions was measured at the output of the laser system, immediately after the output coupler. The present invention can significantly reduce this problem by providing direct feedback control of each subsequent pulse at the scanner input window, as well as by supplying a beam delivery unit as part of the laser system. In this preferred embodiment, the beam delivery unit is combined with the above-described PGUM system, which generates pulses with an energy of approximately two times higher than modern light sources for lithography, with a lower energy intensity and a significant improvement in the quality of the beam. Therefore, with this arrangement, the present invention provides lighting that meets the requirements of the stepper installation operator, and the beam quality and intensity do not change during the service of the lithographic installation, despite the significant deterioration of the optical elements along the beam path. This is achieved through the targeted operation of the laser system in such a way as to ensure the required nominal characteristics at all stages of the service life of the equipment. Methods for deliberately reducing beam energy include conventional methods for reducing discharge voltage, as well as reducing gas pressure with a fluorine content. Another possibility is attenuation of the beam. This means that in the early stages of the life of the equipment, when all the components are still new, the laser can be operated in such a way as to provide illumination with a quality and intensity lower than optimal, but the quality and intensity values can be kept constant (if desired) throughout the entire term lithographic installation services. Such an approach can significantly increase the useful life of not only a very expensive laser system, but also a much more expensive step-by-step installation. Figure 5 presents a graph of the voltage relative to the output pulse energy for a prototype laser system ZGUM, built and tested by the applicants. This graph shows that the power of the laser system can be varied between 7 mJ and 30 mJ only by charging the charging voltage. For example, if the nominal operating parameter is 15 mJ, the graph in FIG. 5 shows that there are many redundant possibilities in the laser to compensate for the degradation of the optics over the long life of the equipment. Since the ZGUM power in this embodiment is 30 mJ per pulse, in contrast to modern laser systems with a power of 10 mJ, the use of the plan described above allows us to expect a significant increase in the service life.

БДП часть лазераBDP laser part

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.Another advantage of providing a laser beam at the scanner input window is that the laser supplier is now responsible for the beam delivery unit, not only in terms of design and manufacturing, but also in active preventive operation, which minimizes downtime and increases system uptime.

Различные конфигурации лазер-БДП-сканерVarious configurations of laser-BDP scanner

Другое преимущество состоит в том, что блок доставки пучка можно выполнить как часть лазерной системы, чтобы адаптировать его к положению лазера относительно литографической установки. На фиг.1 показана типичная конфигурация, однако большинство литографических установок имеют индивидуальную конфигурацию, и в будущем ожидается использование многих других конфигураций. Некоторые возможные конфигурации лазер-БДП-сканер показаны на фиг.4А, 4В, 4С и 4D.Another advantage is that the beam delivery unit can be implemented as part of a laser system to adapt it to the position of the laser relative to the lithographic unit. Figure 1 shows a typical configuration, however, most lithographic plants have an individual configuration, and many other configurations are expected in the future. Some possible laser-BDP scanner configurations are shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D.

Учет поляризацииPolarization

В резонаторе задающего генератора оптические элементы, включающие в себя два окна и три призмы, ориентированы так, что поверхности направлены вертикально, образуя несколько углов падения, близких к углу Брюстера, с развертывающимся лазерным пучком. Следовательно, пучок 14А, выходящий из задающего генератора, сильно поляризован, при этом около 98 процентов электрического поля пучка идет в горизонтальном направлении, а около 2 процентов - в вертикальном.In the resonator of the master oscillator, the optical elements, including two windows and three prisms, are oriented so that the surfaces are directed vertically, forming several angles of incidence close to the Brewster angle, with a developing laser beam. Therefore, the beam 14A emerging from the master oscillator is highly polarized, with about 98 percent of the electric field of the beam going in the horizontal direction, and about 2 percent in the vertical direction.

При использовании покрытых диэлектриком зеркал под углом 45 градусов для поворота пучка важно учитывать эффекты поляризации, поскольку с этими зеркалами S-поляризация отражается почти на 97%, а Р-поляризация отражается только на 90-92%. (Под Р-поляризацией подразумевается компонента электрического поля света, которая находится в плоскости, образованной направлением пучка и линией, перпендикулярной к оптической поверхности на пересечении направления пучка и поверхности. Под S-поляризацией подразумевается направление электрических компонент света в плоскости поверхности и перпендикулярно Р-поляризации). Поэтому для максимального отражения от поворотных зеркал важно, чтобы направление S-поляризации соответствовало поляризации входящего пучка. Можно заметить, что оба зеркала 40А и 40В ориентированы таким образом, что направление S-поляризации является горизонталью, соответствующей направлению электрического поля около 98% света в выходном пучке 14С; следовательно, отражение от этих зеркал должно составлять около 97%. Все зеркала, показанные в БДП на фиг.4А, 4В и 4С, правильно ориентированы от максимального отражения горизонтально поляризованного света. Однако зеркало, показанное позицией 52 на фиг.4D, ориентировано так, что направление S-поляризации соответствует направлению электрического поля 98% света в пучке, так что отражение, обеспечиваемое этим зеркалом, будет составлять только около 90-92%. В этом случае авторы предпочитают использовать две призмы для поворота пучка на 90 градусов в точке 50 на фиг.4D. Этот метод проиллюстрирован на фиг.5. Две призмы 52 и 54 с углом при вершине 67,2 градуса (этот угол важен) могут изменить угол падения на 90 градусов для s-поляризованного света. Пучок входит в призму и выходит из нее под углом Брюстера, поэтому совершенно отсутствует отражение света в горизонтальном направлении. Часть пучка, поляризованная в вертикальном направлении, будет по большей части отражаться первой призмой. Этот чертеж приведен для призм 193 нм из CaF₂. (Для 248 нм и 157 нм потребуется незначительная модификация зеркал). Так как здесь не используется покрытий, срок службы этой сборки будет очень большим.When using mirrors coated with a dielectric at an angle of 45 degrees, it is important to take into account the effects of polarization for beam rotation, since with these mirrors S-polarization is reflected by almost 97%, and P-polarization is reflected only by 90-92%. (By P-polarization is meant a component of the electric field of light that is in a plane formed by the direction of the beam and a line perpendicular to the optical surface at the intersection of the direction of the beam and the surface. By S-polarization is meant the direction of the electrical components of light in the plane of the surface and perpendicular to P-polarization ) Therefore, for maximum reflection from the rotary mirrors, it is important that the direction of S-polarization corresponds to the polarization of the incoming beam. You can see that both mirrors 40A and 40B are oriented in such a way that the direction of S-polarization is a horizontal corresponding to the direction of the electric field about 98% of the light in the output beam 14C; therefore, the reflection from these mirrors should be about 97%. All mirrors shown in the BJP on figa, 4B and 4C, are correctly oriented from the maximum reflection of horizontally polarized light. However, the mirror shown at 52 in FIG. 4D is oriented so that the S-polarization direction corresponds to the direction of the electric field 98% of the light in the beam, so that the reflection provided by this mirror will be only about 90-92%. In this case, the authors prefer to use two prisms to rotate the beam 90 degrees at point 50 in fig.4D. This method is illustrated in FIG. Two prisms 52 and 54 with an apex angle of 67.2 degrees (this angle is important) can change the angle of incidence by 90 degrees for s-polarized light. The beam enters and leaves the prism at a Brewster angle, so there is absolutely no reflection of light in the horizontal direction. The part of the beam polarized in the vertical direction will for the most part be reflected by the first prism. This drawing is for 193 nm prisms from CaF ₂ . (For 248 nm and 157 nm, a slight modification of the mirrors will be required). Since no coatings are used here, the life of this assembly will be very long.

Когда горизонтальный поляризованный свет проходит через две призмы на участке 50 на фиг.4D, направление поляризации практически всех компонент электрического поля меняет горизонтальную ориентацию на вертикальную, как показано стрелками 53А и 53 В на фиг.6. По этой причине на зеркале 56 по существу все компоненты электрического поля пучка вертикальные, так что зеркало 56, установленное вертикально, обеспечивает ориентацию s-поляризации относительно пучка и около 97 процентов света отражается зеркалом 56.When horizontal polarized light passes through two prisms in section 50 of FIG. 4D, the polarization direction of almost all components of the electric field changes the horizontal orientation to vertical, as shown by arrows 53A and 53B in FIG. 6. For this reason, essentially all of the components of the electric field of the beam are vertical on the mirror 56, so that the mirror 56 mounted vertically provides s-polarization orientation relative to the beam and about 97 percent of the light is reflected by the mirror 56.

Заслонки от прокачки для зеркалPumping dampers for mirrors

Объем БДП может достигать 200 литров, и он должен прокачиваться N₂ очень высокой чистоты. Процесс прокачки может занимать несколько часов, чтобы обеспечить уровень в ррм, свободный от кислорода и других органических веществ. Во время первой установки БДП в сканере такое время прокачки допустимо, однако оно считается слишком продолжительным в процессе нормальной работы. Допустим, что зеркало, такое как зеркало 60 на фиг.4А, требует обслуживания. Для этого может потребоваться демонтировать зеркало из БДП, в результате чего БДП подвергнется воздействию воздуха. То есть короткая процедура обслуживания (замена зеркала) может повлечь за собой очень длительную процедуру прокачки. Чтобы избежать значительных задержек, связанных с длительным периодом прокачки в целях восстановления качества пути пучка в БДП, с обеих сторон каждого зеркала в БДП введены заслонки 62 БДП, как показано на фиг.6 для зеркала 60.The volume of the BJP can reach 200 liters, and it must be pumped N ₂ very high purity. The pumping process can take several hours to provide a ppm level free of oxygen and other organic substances. During the first installation of the BJP in the scanner, such a pumping time is permissible, however, it is considered too long during normal operation. Assume that a mirror, such as a mirror 60 in FIG. 4A, requires maintenance. For this, it may be necessary to dismantle the mirror from the BJP, as a result of which the BJP will be exposed to air. That is, a short service procedure (mirror replacement) can entail a very long pumping procedure. In order to avoid significant delays associated with a long pumping period in order to restore the quality of the beam path in the BJP, BJP shutters 62 are introduced on both sides of each mirror in the BJP, as shown in Fig. 6 for the mirror 60.

В данном случае в БДП расположено несколько вставок, в которые можно вставлять служебные заслонки для изоляции других областей в БДП. Эти заслонки обычно не вставлены в процессе работы. Например, как показано на фиг.6, две заслонки скользяще вставляются между зеркалом 60, которое требует изоляции, после чего заменяется само зеркало. После этого через открытую область прокачивают N₂в течение несколько минут. Этот период прокачки будет намного короче благодаря тому, что объем, открытый воздействию воздуха, намного меньше, чем общий объем БДП. Предпочтительно, чтобы во время обслуживания прокачка продолжалась во всех областях пути прохождения пучка, кроме той, которая находится между заслонками.In this case, there are several inserts in the BJP in which service dampers can be inserted to isolate other areas in the BJP. These dampers are usually not inserted during operation. For example, as shown in FIG. 6, two shutters are slidably inserted between the mirror 60, which requires insulation, after which the mirror itself is replaced. After that, N _{2 is} pumped through the open area for several minutes. This pumping period will be much shorter due to the fact that the volume exposed to air is much less than the total volume of the BJP. Preferably, during servicing, pumping continues in all areas of the beam path except for that which is between the shutters.

Прокачка пути пучкаBleeding a beam path

В этом предпочтительном варианте все части пути прохождения пучка снаружи лазерных камер прокачиваются N₂ с двумя исключениями: (1) Блок сужения линии и часть пути между лазерной камерой 8С и МСЛ прокачивают гелием, и (2) Эталонные камеры в МАЛ, МАС и МАП для измерения длины волны и ширины полосы являются герметичными камерами. На фиг.1 показан источник 42 газа прокачки, но линии прокачки не показаны. Отличные примеры прокачиваемых путей прохождения пучка подробно описаны в заявке на патент США №10/000991, которая упоминается здесь в качестве ссылки. В этом методе используются металлические сифоны и легко уплотняемые вакуумные уплотнения на границах между вибрирующими камерами и чувствительной лазерной оптикой, и вакуумные уплотнения на границе между всеми отдельными модулями, позволяющие быстро отделить модули для их оперативной замены при ремонте или обслуживании. На фиг.8А-Е представлены чертежи предпочтительных легко уплотняемых сильфонных уплотнений с частями 93А, В и С, пригодными для соединения элементов на пути пучка от МСЛ к сканеру. Любой из зажимов, показанных на фиг.8С и 8Е, можно использовать для соединения частей 93F и 93D с покрытым оловом с-образным уплотнением, зажатым между ними. На фиг.8D показан вырез собранного уплотнительного узла. Уплотнения в уплотнительных узлах представляют собой металлические с-образные уплотнения, предпочтительно с контактным слоем олова. Металлические уплотнения не ухудшают и не загрязняют газ под воздействием ультрафиолетового излучения.In this preferred embodiment, all parts of the beam path outside the laser chambers are pumped with N ₂ with two exceptions: (1) The line narrowing unit and the part of the path between the laser camera 8C and MSL are pumped with helium, and (2) The reference chambers in MAL, MAS and MAP for wavelength and bandwidth measurements are sealed cameras. 1 shows a source of pumping gas 42, but no pumping lines are shown. Great examples of pumped beam paths are described in detail in US Patent Application No. 10/000991, which is incorporated herein by reference. This method uses metal siphons and easily sealed vacuum seals at the boundaries between vibrating chambers and sensitive laser optics, and vacuum seals at the border between all individual modules, allowing you to quickly separate the modules for quick replacement during repair or maintenance. On figa-E presents drawings of preferred easily sealed bellows seals with parts 93A, b and C, suitable for connecting elements in the path of the beam from the MSL to the scanner. Any of the clamps shown in FIGS. 8C and 8E can be used to connect parts 93F and 93D to a tin-coated c-seal sandwiched between them. On fig.8D shows the cutout of the assembled sealing unit. The seals in the seal assemblies are metal C-shaped seals, preferably with a contact layer of tin. Metal seals do not degrade or pollute the gas when exposed to ultraviolet radiation.

Монитор пути прохождения пучкаBeam path monitor

Предпочтительно предусмотрены мониторы, чтобы гарантировать качество пути прохождения лазерного пучка, так как загрязнение этого пути поглотителями, такими как кислород, может существенно повлиять на качество пучка и энергию импульса. Предпочтительно предусмотреть несколько путей прокачки. Можно использовать мониторы потока для контролирования потока прокачки, однако можно также предусмотреть и другие мониторы, например мониторы О₂, поставляемые несколькими производителями. Другие мониторы качества пути прохождения пучка включают в себя акустический монитор, использующий электретный электронный микрофон, поставляемый компанией Audio Products, Дайтон, Огайо. Этот тип монитора описан в заявке на патент США №10/000991, упоминаемой здесь для сведения. В предпочтительных вариантах эти мониторы используются для выработки сигналов, которые может использовать оператор литографической установки для задержки производства после остановки до тех пор, пока прокачка пути прохождения пучка не очистит в достаточной степени путь прохождения пучка от загрязнений.Monitors are preferably provided to ensure the quality of the laser beam path, since contamination of this path with absorbers such as oxygen can significantly affect the beam quality and pulse energy. It is preferable to provide several flow paths. You can use flow monitors to control the flow of the pump, but you can also provide other monitors, such as O ₂ monitors supplied by several manufacturers. Other beam path quality monitors include an acoustic monitor using an electret electron microphone supplied by Audio Products, Dayton, Ohio. This type of monitor is described in U.S. Patent Application No. 10/000991, incorporated herein by reference. In preferred embodiments, these monitors are used to generate signals that the lithographic operator can use to delay production after stopping until pumping the beam path sufficiently clears the path of the beam from contamination.

Переворот профиля пучкаBeam Profile Flip

При изготовлении интегральных схем когерентность лазерного пучка является нежелательной. Пучки эксимерного лазера характеризуются низкой когерентностью, что является одной из причин, почему этот источник света подходит для производства интегральных схем. Однако по мере того, как другие аспекты качества пучка продолжают улучшаться, даже такая низкая когерентность пучков, генерируемых этими лазерами, может оказаться недостаточно низкой. В этом случае можно добавить скремблер когерентности. Его можно ввести в нескольких местах на пути прохождения пучка. Можно также установить его в любом месте в блоке доставки пучка.In the manufacture of integrated circuits, laser beam coherence is undesirable. Excimer laser beams are characterized by low coherence, which is one of the reasons why this light source is suitable for the production of integrated circuits. However, as other aspects of beam quality continue to improve, even such a low coherence of the beams generated by these lasers may not be sufficiently low. In this case, you can add a coherence scrambler. It can be entered in several places along the path of the beam. You can also install it anywhere in the beam delivery unit.

На фиг.9 показан пример скремблера когерентности с переворотом профиля пучка. Он реализуется с помощью ответвителя 60 на 60% и трех максимально отражающих зеркал 62, 64 и 66. Это устройство разделяет импульс на сегменты аналогично описанному выше расширителю импульсов. Но при этой конфигурации профиль каждого сегмента переворачивается относительно предыдущего сегмента. В примере на фиг.9 профиль входящего импульса 68 представлен треугольником с острием внизу. Первый сегмент, 40% интенсивности импульса, проходящий с таким же профилем, показан позицией 68А. Отраженная часть подвергается отражению на каждом из зеркал, и его 60% отражается от расщепителя 60 пучка, так что сегмент имеет профиль, показанный как 68В, который перевернут относительно профиля 68А. По мере того, как последующие сегменты проходят через скремблер когерентности, каждый их профиль переворачивается относительно предыдущего профиля. Следовательно, чистый профиль пучка будет скремблирован, и что более важно, также будет скремблирована любая когерентность. Понятно, что в этом варианте не существует существенного растяжения импульсов, если только ветви не достаточно длинные, чтобы обеспечить значительные задержки сегментов, следующих за первым. Так как импульс уже растянут, как было описано выше, эти ветви могут быть очень короткими - около нескольких дюймов, и в этом случае сегменты перекроют друг друга.Figure 9 shows an example of a coherence scrambler with flipping the beam profile. It is implemented using a 60% coupler 60 and three maximally reflecting mirrors 62, 64 and 66. This device divides the pulse into segments similarly to the pulse expander described above. But with this configuration, the profile of each segment flips relative to the previous segment. In the example of FIG. 9, the profile of the incoming pulse 68 is represented by a triangle with a tip at the bottom. The first segment, 40% of the pulse intensity, passing with the same profile, is shown at 68A. The reflected part is reflected on each of the mirrors, and 60% of it is reflected from the beam splitter 60, so that the segment has a profile, shown as 68B, which is inverted relative to profile 68A. As subsequent segments pass through the coherence scrambler, each profile is flipped relative to the previous profile. Therefore, a clean beam profile will be scrambled, and more importantly, any coherence will also be scrambled. It is clear that in this embodiment there is no significant stretching of the pulses, unless the branches are long enough to provide significant delays for the segments following the first. Since the impulse is already stretched, as described above, these branches can be very short - about a few inches, in which case the segments overlap each other.

Определение энергии импульса на плоскости пластиныDetermination of pulse energy on a plate plane

В предпочтительных вариантах настоящего изобретения предусмотрен детектор 44 энергии импульса на плоскости 46 пластины в сканере. Сигналы энергии импульса из этого детектора можно использовать в контуре обратной связи для прямого контролирования выходной энергии лазера. Альтернативно, эти сигналы можно использовать для определения параметров энергии импульса, измеренных на МАП или МАС, которые обеспечат необходимое освещение на плоскости пластины.In preferred embodiments of the present invention, there is provided a pulse energy detector 44 on a plane 46 of a plate in a scanner. The pulse energy signals from this detector can be used in the feedback loop to directly control the laser output energy. Alternatively, these signals can be used to determine the parameters of the pulse energy, measured on the MAP or MAC, which will provide the necessary lighting on the plane of the plate.

Особенности F₂лазераFeatures of F ₂ Laser

Приведенное выше описание относится в общем непосредственно к системе ArF лазера, но почти все признаки в равной степени применимы в KrF лазерам с незначительными модификациями, известными специалистам. Однако для варианта F₂ лазера согласно изобретению потребуются некоторые существенные модификации. Эти модификации могут включать использование селектора линии вместо МСЛ и/или селектора линии между двумя камерами или даже после усилителя мощности. Селекторы линии предпочтительно представляют собой группу призм. Прозрачные пластины, ориентированные соответствующим образом относительно пучка, можно использовать между камерами для улучшения поляризации выходного пучка. Между камерами можно добавить рассеиватель для уменьшения когерентности выходного пучка.The above description relates generally directly to the ArF laser system, but almost all of the features are equally applicable to KrF lasers with minor modifications known to those skilled in the art. However, for embodiment F _{2 of the} laser according to the invention, some significant modifications will be required. These modifications may include the use of a line selector instead of an MSL and / or a line selector between two cameras or even after a power amplifier. The line selectors are preferably a group of prisms. Transparent plates oriented appropriately relative to the beam can be used between the cameras to improve the polarization of the output beam. A diffuser can be added between the cameras to reduce the coherence of the output beam.

В настоящее изобретение можно внести различные модификации, не изменяющие его объема. Для специалистов будет очевидно множество других возможных вариантов.Various modifications may be made to the present invention without altering its scope. For specialists, many other possible options will be apparent.

Например, несмотря на то, что изобретение, включая применение блока доставки пучка, было описано на примере лазера с конфигурацией ЗГУМ, можно также использовать однокамерную лазерную систему, например, описанную в патенте США №6330261. Для литографии можно использовать системы на ArF, KrF или F₂. Кроме литографии данное изобретение, можно также использовать и в других применениях, для которых более адекватной может быть другая длина волны ультрафиолетового диапазона. Важным усовершенствованием в данном случае является добавление к лазерной системе оборудования для доставки лазерного пучка ультрафиолетового диапазона, имеющего требуемые качества, к входному окну оборудования, для которого требуется источник ультрафиолетового лазерного света. Можно использовать различные системы управления с обратной связью, кроме описанных выше.For example, although the invention, including the use of a beam delivery unit, has been described using a laser with a PGM configuration as an example, a single-chamber laser system can also be used, for example, as described in US Pat. No. 6,330,261. For lithography, ArF, KrF or F ₂ systems can be used. In addition to lithography, this invention can also be used in other applications for which a different wavelength of the ultraviolet range may be more adequate. An important improvement in this case is the addition to the laser system of equipment for delivering a laser beam of the ultraviolet range, having the required qualities, to the input window of the equipment, which requires a source of ultraviolet laser light. You can use various feedback control systems, in addition to those described above.

Понятно, что при исключительно высокой частоте импульсов управление с обратной связью на энергии импульса не обязательно должно быть достаточно быстрым, чтобы управлять энергией импульса на основании непосредственно предшествующего импульса. Например, можно предусмотреть методы управления, в которых измеренная энергия конкретного импульса используется для управления вторым или третьим последующим импульсом. Кроме конфигурации лазера, показанной на фиг.1, можно использовать множество других конфигураций. Например, камеры можно установить рядом или расположить УМ снизу. Также, второй лазерный блок можно выполнить как подчиненный генератор, включив в него выходной ответвитель, например, частично отражающее зеркало. Возможны и другие варианты. Кроме тангенциальных вентиляторов, можно использовать и другие вентиляторы. Это может потребоваться при частоте следования, намного превышающей 4 кГц. Вентиляторы и теплообменник можно расположить снаружи разрядных камер.It is understood that at an exceptionally high pulse frequency, feedback control on the pulse energy does not need to be fast enough to control the pulse energy based on the immediately preceding pulse. For example, control methods may be provided in which the measured energy of a particular pulse is used to control a second or third subsequent pulse. In addition to the laser configuration shown in FIG. 1, many other configurations can be used. For example, cameras can be installed side by side or positioned from below. Also, the second laser unit can be performed as a slave generator by including an output coupler, for example, a partially reflecting mirror. Other options are possible. In addition to tangential fans, other fans can also be used. This may be required at a repetition rate far exceeding 4 kHz. Fans and a heat exchanger can be located outside the discharge chambers.

Следовательно, представленное выше описание не следует рассматривать как ограничивающее, и объем изобретения следует определять на основании прилагаемой формулы изобретения и законных эквивалентов.Therefore, the above description should not be construed as limiting, and the scope of the invention should be determined on the basis of the attached claims and legal equivalents.

Claims

1. A system of a very narrow-band double-chamber gas-discharge laser with a high repetition rate, comprising A) a first laser unit containing 1) a first discharge chamber containing c) a first laser gas and d) a first pair of elongated, spaced apart electrodes that limit the first discharge region, 2) a first fan to provide sufficient velocities of the first laser gas in the first discharge region to remove from the first discharge region after each pulse virtually all of the resulting ion discharge before the next pulse when operating with a repetition rate of 4000 pulses per second or higher, 3) a first heat exchanger system capable of removing at least 16 kW of thermal energy from the first laser gas, 4) a line narrowing unit designed to narrow the spectral bandwidth of the light pulses generated in the first discharge chamber, B) a second discharge chamber containing 1) a second laser gas and 2) a second pair of elongated spaced apart electrodes, I limit their second region of discharge, 3) a second fan to ensure sufficient speeds of the second laser gas in the second region of the discharge to remove from the first region of the discharge after each pulse almost all ions formed as a result of the discharge before the next pulse when operating with a repetition rate of 4000 pulses per second or higher, 4) a second heat exchanger system configured to remove at least 16 kW of thermal energy from the second laser gas, C) a pulsed power system configured to the ability to supply enough electric pulses to the first pair of electrodes and the second pair of electrodes to generate laser pulses with a frequency of about 4000 pulses per second or higher with precisely controlled pulse energies above about 5 mJ, and D) a pulse expander to increase the duration of laser pulses in the amplified output beam, E) relay optics to direct the laser beams generated in the first laser unit through the second discharge chamber to obtain an amplified output beam, F) beam delivery unit comprising a structure for guarding the beam path, forming the path of the laser beam from the pulse expander to the input window for the laser beam on a lithographic installation, and G) a laser beam measurement and control system for measuring the pulse energy, wavelength and bandwidth of the output laser pulses generated by a two-chamber laser system, and controlling the output laser pulses according to a feedback control scheme.

2. The laser system according to claim 1, which further comprises a purge means for purging the beam delivery unit with nitrogen.

3. The laser system according to claim 1, in which the beam delivery unit further comprises a plurality of blocks of insulating shutters for isolating parts of the beam path, allowing servicing the optical elements, while maintaining the other parts of the beam path practically in a state free from contamination.

4. The laser system according to claim 1, in which the beam delivery unit contains mirrors arranged to provide reflection with s-polarization of about 97% of the laser beam.

5. The laser system of claim 1, wherein the beam delivery unit comprises two prisms configured to change the directions of the laser beam by approximately 90 °.

6. The laser system according to claim 1, in which the combined path of the beam is formed by the combined paths of laser beams generated in the first laser unit, guided by relay optics, amplified in the second laser unit, subjected to tensile pulses in the pulse expander and delivered by the beam delivery unit, and further comprising fencing elements for the beam path to enclose all parts of the beam path that would otherwise be open.

7. The laser system according to claim 6, which further comprises a purge system for purging with one or more purge gases all parts of the beam path not enclosed in a sealed structure.

8. The laser system according to claim 1, in which the relay optics is configured to create two passes of the output pulses from the first laser unit through the second discharge chamber.

9. The laser system according to claim 1, which further comprises a coherence scrambler with a profile flip.

10. The laser system according to claim 1, in which the relay optics contains at least one prism with total internal reflection.

11. The laser system according to claim 1, in which the relay optics contains at least one reflective prism with full internal reflection and at least one two-reflective prism with full internal reflection.

12. The laser system of claim 1, wherein the relay optics comprises a beam direction switching module for reversing the laser beam after one passage through the power amplifier for a second passage through the power amplifier, wherein the beam direction switching module comprises a two-reflection prism with total internal reflection.

13. A narrow-band ultraviolet laser light source with a high repetition rate, designed to supply light in the form of laser output light pulses to the light receiving section in a production line installation, comprising a laser unit generating a laser output light pulse beam, a beam delivery unit for delivering the specified beam in the input window of the installation on the production line containing the design of the fencing path of the beam, providing a path for the passage of the laser output Vetovo pulsed beam from the exit window for the laser beam of the laser unit to the input setting window on the production line, the beam analysis module is provided on the input window installation on the production line for controlling the input beam and outputting the feedback signal to the laser control system.