[发明专利]用于在双腔室气体放电激光系统中进行高准确度的气体重新充填的系统与方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求名为“SYSTEM AND METHOD FOR HIGH ACCURACY GAS REFILL IN A TWOCHAMBER GAS DISCHARGE LASER SYSTEM（用于在双腔室气体放电激光系统中进行高准确度的气体重新充填的系统与方法）”、在2011年6月30日提交的、美国专利申请序列号为13/174,484、律师卷号PA1121US的优先权，该专利申请的全部内容通过引用全部结合至此。

技术领域

本发明一般涉及激光系统。更特定地，本发明涉及在气体放电激光器的腔室内执行重新充填气体，诸如双腔室的主振荡-功率放大准分子激光器。

发明背景

光刻中所使用的气体放电激光器的一个类型被已知为准分子激光器。准分子激光器一般使用惰性气体（诸如氩、氪、或氙）和活性气体（诸如氟或氯）的组合。准分子激光器的名称源自于这样的事实：在电刺激和高压的合适条件下，创建了称为准分子的伪分子（或在惰性气体卤化物的情况下，是激态复合物），其仅可以激励状态存在且可引起紫外范围内的激光。

准分子激光器广泛用于高分辨率光刻机器，且因此是微电子芯片制造所需的关键技术之一。目前的现有技术的光刻用具使用来自于KrF和Ar准分子激光器的深紫外（DUV）光，这些激光器分别具有248和193纳米的标称波长。

尽管准分子激光器可被构建为具有单腔室光源，但是对更大的功率和减少的光谱带宽的设计要求是矛盾的且意味着在这样的单腔室设计中性能会有所折衷。避免这个设计折衷并改进性能的一个方式在于使用两个腔室。这允许分离光谱带宽和脉冲能量生成的功能；对于这两个性能参数之一来优化各腔室。

这样的双气体放电腔室的准分子激光器经常被称为主振荡-功率放大或“MOPA”激光器。除了改进光谱带宽和脉冲能量外，双腔室结构的有效性能使MOPA激光器中的可消耗模块比在单腔室光源中它们的对应模块达到更长的运行寿命。

在每一个腔室中，当光源在其电极两端放电来产生光时，卤素气体（在ArF或KrF激光器的情况下是氟）被耗尽。这引起激光效率的下降，例如，这被看作创建给定期望脉冲能量所需的放电电压的增大。由于这个放电电压具有由硬件的物理约束所确定的上限，必须采取步骤来补充丢失的氟以使电压维持在低于这个限值且激光器继续合适地运作。

做到此举的一个方式在于完全补充腔室中的气体，称之为重新充填，其中替换所有气体同时激光器不激发来使得腔室内的气体含量恢复到期望的混合、浓度、和压力。然而，重新充填极为具有破坏性，因为在重新充填过程期间激光器被关闭，且因此芯片的光刻暴露也必须同时以受控方式暂停，然后当激光器重新运行时重启来避免对于芯片的不合适的加工。因此，一般每次都重新充填两个腔室来节约时间，尽管这并非必要。

重新充填的需要可取决于数个复杂且经常是不可预测的变量，包括光源激发模式和能量、光源模块的老化、以及本领域技术人员所熟悉的其他变量。因此，通常以有规律的计划表来完成重新充填，这确保光源操作永不会由于光源达到其运行极限而遭遇非预期的中断。这样的有规律的计划表一般产生了关于在重新充填之间的时间的非常保守的上限，从而以低脉冲用法来操作的光源的一些用户可能够在两次重新充填之间等待比简单的时间表所提供的要长得多的时间段。

考虑到对增大的吞吐量和光源可用性的需要，已作出了各种努力以使用于重新充填的光源暂停达到最小。这样做的一个方式在于，通过在腔室内部分填充气体，被称为注入，而不是全部重新充填。只要激光器能以特定参数继续运行，就没有必要为这注入关闭激光器，且因此在注入过程期间可继续进行芯片的加工。然而，激光器的性能仍然易于随时间变化，从而注入变得不足以补偿，且所以仍然以有规律的间隔来执行重新充填。

在重新充填操作中，排出激光腔室中的剩余气体，且然后以意在达到氟的特定压力和浓度的量将新的气体引入腔室内。（这可后跟优化过程，其中然后测试激发激光器来确定其操作参数。如果激光器并没有以期望参数操作，则调节腔室内气体，并完成另一次测试。重复上述直到获得期望的参数。）