专利名称：准分子激光系统的操作方法
技术领域：
本发明关于一种准分子激光系统的操作方法，特别是一种准分子激光系统的操 作方法，用于提升准分子激光系统的使用寿命。
背景技术：
由于可产生深紫外线光或真空紫外线光，脉冲气体放电激光已渐渐成为业界使 用光刻制程上不可或缺的装置，例如准分子激光。请参考图1，图1为传统准分子激光系统的示意图。如图1所示，准分子激光系 统10包括一气体室12、二设置在气体室12中且提供有一电压差的电极14、16、一设置 在气体室12中的气体冷却系统18，以及一设置在气体室12中的气体循环风扇20。气体 室12中填充有氟气、氪气以及氖气，且在气体室12中，氟气受到电极14、16间的电压 差的作用而被离子化。然后，氟离子与氪气与氖气反应而形成激发态的氟化氪(KrF) 二 聚物(dimer)，即所谓的KrF准分子。由于KrF准分子为一激发态分子，即位于一不稳 定能阶状态，因此KrF准分子会为了降至较稳定的能阶状态而解离，并释放出紫外光。然而，不管准分子激光系统是否持续在运作，由于氟气具有一高度反应性，因 此氟气会一直持续与氪气与氖气反应而渐渐减少，使得准分子激光系统内的氟气不足以 提供与往常相同的激光的输出能量。为了保持准分子激光系统能有稳定的激光的输出能 量，传统准分子激光系统的操作方法是根据人为经验来调高二电极间的电压差，以增加 气体室中氟气的反应量，进而提升输出能量。但持续调高电压差会加速电极的消耗，进 而缩短气体室的寿命。因此，如何于准分子激光系统能有稳定的输出能量的情况下提升 气体室的寿命为业界努力的目标。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种准分子激光系统的操作方法，以提升气体室的
寿命ο为达上述的目的，本发明公开一种准分子激光系统的操作方法。准分子激光系 统包括一气体室、一用于提供一卤素气体的第一气体供应单元以及一用于提供一混合气 体的第二气体供应单元。混合气体包括 一第一惰性气体以及一第二惰性气体，且气体室 填充有一原反应气体。首先，在气体室中注入一注入量的卤素气体，直到气体室的气压 为一总气压时停止注入卤素气体，且气体室中的卤素气体具有一卤素气压。然后，提供 一驱动电压在气体室中的二电极之间，以开启准分子激光系统，其中卤素气压为限制于 与准分子激光系统所产生的激光的一半高带宽有负相关，且卤素气压为限制于与驱动电 压有正相关。本发明的准分子激光系统的操作方法为提供卤素气压、驱动电压以及半高带宽 的关系，使得在驱动电压过高时，可增加注入卤素气体，以减缓增加驱动电压。并且， 在半高带宽过高时，可减少注入卤素气体，进而减缓半高带宽的增加。借此，准分子激光系统的寿命得以延长。
图1为传统准分子激光系统的示意图。图2为本发明一优选实施例的准分子激光系统的操作方法流程示意图。图3为本发明优选实施例的 准分子激光系统的示意图。图4为本发明优选实施例的气体室中气压与气体注入顺序的关系示意图。图5为本发明优选实施例的气体注入方法的流程示意图。图6为使用本发明气体再填充方法的准分子激光系统的寿命与传统准分子激光 系统的寿命的比较示意图。图7为本发明另一优选实施例的气体注入方法的流程示意图。主要组件符号说明10准分子激光系统12气体室14电极16电极18气体冷却系统 20气体循环风扇100准分子激光系统102气体室104第一气体供应单元106第二气体供应单元108电极 110电极112脉冲电压源 114波长测量模块116频谱窄化模块118控制装置120抽气装置 130第一曲线132区段 134极小值140 第二曲线S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80、S90 步骤
具体实施例方式请参考图2与图3，图2为本发明一优选实施例的准分子激光系统的操作方法流 程示意图，图3为本发明优选实施例的准分子激光系统的示意图。本发明准分子激光系 统的操作方法为使用在准分子激光系统已运作一段时间，且准分子激光系统已无法稳定 产生具有所欲输出能量的激光之后，并且此操作方法需先将准分子激光系统关闭，然后 才能进行。如图2与图3所示，准分子激光系统100包括一气体室102、一用于提供一卤 素气体的第一气体供应单元104以及一用于提供一混合气体的第二气体供应单元106，混 合气体包括一第一惰性气体以及一第二惰性气体，且气体室102填充有一原反应气体。 准分子激光系统100的操作方法包括步骤SlO 将气体室102中的原反应气体抽出，直到气体室102的气压为一第一 气压以下时停止抽气；步骤S20 在气体室102中注入卤素气体，直到气体室102的气压为一第二气压 时停止注入卤素气体；步骤S30 在气体室102中注入混合气体，直到气体室102的气压为一第三气压时停止注入混合气体；步骤S40 再次在气体室102中注入卤素气体，直到气体室的气压为一总气压 (C132)时停止注入卤素气体，且气体室102中的卤素气体具有一卤素气压(C130)；以及步骤S50 提供一驱动电压在气体室102中的二电极108、110之间，以开启准 分子激光系统100，其中卤素气压为限制于与准分子激光系统100所产生的激光的一半高 带宽(full width half maximum，FWHM)有负相关，且卤素气压为限制于与驱动电压有正 相关。为了清楚说明准分子激光系统的 操作方法的过程，请参考图4，并一并参考图2 与图3，图4为本发明优选实施例的气体室中气压与气体注入顺序的关系示意图。本发明 气体室中的气压以图4为例，但不限于此。并且，本实施例以氟化氪(KrF)准分子激光 系统为例，卤素气体为氟气，第一惰性气体为氪气，且第二惰性气体为氖气，但并不限 于此。当准分子激光系统100处于操作状态时，气体室102中填充有氟气(fluorine)、氪 气(krypton)以及氖气(neon)，且氟气、氪气以及氖气的比例约为1.3 0.1 98.6，但 本发明并不限于此比例。如图3与图4所示，在本实施例的步骤SlO中，连接在气体室102的抽气装置112 将气体室102中原反应气体抽出，以确保残留在气体室102中的气体不会影响后续注入的 氟气、氪气以及氖气的比例，并且直到一控制装置118读取到第一气压约略为12.8千帕 (Kpa)时，便使抽气装置112停止抽气。然后，在本实施例的步骤S20中，控制装置118 是在停止抽气之后开启第一气体供应单元104，并将第一气体供应单元104中的卤素气体 注入气体室102中，直到第二气压约略为45.8Kpa，即关闭第一气体供应单元104，停止 注入卤素气体。接着，在本实施例的步骤S30中，当第一气体供应单元104关闭后，控 制装置118开启第二气体供应单元106，并将第二气体供应单元106中的混合气体注入在 气体室102中，直到第三气压约略为377Kpa，便关闭第二气体供应单元106，停止注入混 合气体。之后，在步骤S40中，当第二气体供应单元106关闭后，控制装置118再次开 启第一气体供应单元104，并在气体室102中注入一注入量(C135)的卤素气体，直到气 体室102中的总气压达到约略380Kpa，停止注入卤素气体。在步骤S50，开启准分子激光系统100，利用一电性连接在气体室102中二电极 108、110间的脉冲电压源112提供一高脉冲电压在二电极108、110之间，以产生脉冲放 电，使氟气以及氪气与从电极108、110表面产生的放电粒子反应，进而产生激光。一设 置于激光出口处的波长测量模块114可测量到准分子激光系统100所产生的激光的光谱与 能量，并且在固定准分子激光系统100所产生的激光的输出能量的情况下，波长测量模 块114与一设置在气体室102相对于波长测量模块114的另一侧的频谱窄化模块116 —起 将准分子激光系统100的带宽调整至优化。此时，驱动电压以及激光的半高带宽可被测 量出。此外，电性连接于频谱窄化模块116与波长测量模块114的控制装置118可接受 到激光的光谱与输出能量的信息，并借此来控制一连接至气体室102的抽气装置120的开 关以及第一气体供应单元104与第二气体供应单元106的供应。值得注意的是，本实施例的卤素气压、半高带宽以及驱动电压为限制于一第一 条件式C130 = -80B+0.11V+160
其中C130为卤素气压，单位为千帕(Kpa) ； B为半高带宽，单位为纳米(nm) ； -80为一第一系数，单位为Kpa/nm; V为驱动电压，单位为伏特(V) ； 0.11亦为 一第二系数，单位为Kpa/V; 160为一常数，单位为Kpa。驱动电压为提供在气体室102 中二电极108、110间的脉冲电压差，而半高带宽为位于借由波长测量模块114所测量到 的激光最大强度的一半的带宽。举例来说，当驱动电压已调整至1000V，且所测量到的 半高带宽为0.5nm时，卤素气压为限制在230Kpa。然而，第一系数、第二系数与常数并 不限于此，本发明可根据不同激光系统，来决定第一系数、第二系数与常数的数值。并且，本发明的总气压需同时与驱动电压具有正相关，总气压与驱动电压为限 制于一第二条件式C132 = 0.83V+2050其中，C132为总气压，单位为Kpa ； V为驱动电压，单位为V ； 0.83为一第三 系数，单位为Kpa/V; 2050为一常数，单位为Kpa。但本发明的第三系数与常数亦不限 于此数值，亦可根据不同激光系统，来决定其数值。当开启准分子激光系统一段时间后，本发明的操作方法还包括在步骤S50之后 进行一种气体注入方法，并且进行气体注入方法并不需关闭准分子激光系统，可在准分 子激光系统处于操作状态时进行。请参考图5，并一并参考图3，图5为本发明优选实施 例的气体注入方法的流程示意图。如图5所示，本实施例的气体注入方法为进行于准分 子激光系统已运作一段时间之后，其包括有步骤S60:判断经过一第一脉冲数量后提供至电极108、110间的一驱动电 压(D216)是否大于经过第一脉冲数量后的一最小驱动电压(D213)加上一预定电压 (C163)、判断卤素气体的一消耗量(D205)是否大于卤素气体的注入量乘上一预定比例 (C167)以及判断未注入卤素气体的一持续时间(D212)是否大于一预定时间(C162)；以 及步骤S70:当驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压，且卤素气体的消耗量 大于注入量乘上预定比例时，或者当驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压且未注入 卤素气体的持续时间大于预定时间时，第三次在气体室102中注入卤素气体，其中当驱 动电压持续上升时，增加卤素气体的注入量，当半高带宽持续上升时，减少卤素气体的
注入量。在步骤S60中，本实施例的第一脉冲数量可为一万次，但不限于此数 值。此外，卤素气体的消耗量由经过每一百万脉冲数量的一第一卤素气体消耗 量(C166)乘上一第二脉冲数量(D150)，以及每小时未注入卤素气体的一第二卤素 气体消耗量(C165)乘上未注入卤素气体的持续时间加总而成，并且可由D205 = D150XC166/1000+D212XC165/1000的关系式来表示。其中第二脉冲数量以百万脉冲数 量为单位。在步骤S70中，当气体室102中的氟气减少，进而使得准分子激光系统100的输 出能量降低时，本实施例的控制装置118即会提高驱动电压，来保持准分子激光系统的 激光的输出能量。而当驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压，且卤素气体的消耗量 大于注入量乘上预定比例时，或者当驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压且未注入 卤素气体的持续时间大于预定时间时，控制装置118会开启第一气体供应单元104，以在气体室102中注入卤素气体。此外，当驱动电压未大于最小驱动电压加上预定电压，或者卤素气体的消耗量未大于注入量乘上预定比例的条件，且未注入卤素气体的持续时间 未大于预定时间的条件时，不进行注入卤素气体在气体室102中。值得注意的是，当驱动电压持续上升时，本实施例的气体注入方法还包括下列 第三条件式至第六条件式的至少之一，以避免因驱动电压持续增加而造成电极的寿命缩 短。为了同时避免驱动电压持续增加且产生稳定输出的激光，可提高卤素气体的注入 量。第三条件式为C135，= 1.1XC135其中，C135’为第三次注入卤素气体的注入量，C135为再次注入卤素气体的注 入量，且1.1为一比例常数，但本发明不限于此数值。值得注意的是，当提高卤素气体的 注入量后，即使稍微降低驱动电压，准分子激光系统仍能输出相同输出能量与相同半高 带宽的激光，因此可避免驱动电压持续上升的趋势。此外，除了提高卤素气体的注入量外，亦可提高注入卤素气体的次数。换句话 说，若更快符合驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压的条件，即可提高注入卤素气 体的次数，进而更容易进行注入卤素气体的步骤。本实施例的预定电压可调整如第四条 件式C163，= C163-10其中，C163’为驱动电压上升后控制装置所设定的预定电压，C163为驱动电压 上升前控制装置所设定的预定电压，且10为一常数。但本发明亦不限于此数值。另外，本实施例亦可增加用于判断的卤素气体的消耗量，亦即虽然控制装置118 所读取到的卤素气体的消耗量并不会改变，但可借由提高储存于控制装置118中且用于 判断的第一卤素气体消耗量的数值，使得用于判断的卤素气体的消耗量更容易超过卤素 气体的注入量乘上预定比例，进而更容易进行注入卤素气体。本实施例的第一卤素气体 消耗量可调整如第五条件式C166，= C166+50其中，C166’为驱动电压上升后控制装置118用于判断的第一卤素气体消耗 量，C166为驱动电压上升前控制装置118用于判断的第一卤素气体消耗量，且50为一常 数。但本发明亦不限于此数值。此外，本实施例亦可降低控制装置118所设定的预定比例，使注入卤素气体的 注入量乘上修正后的预定比例变小，进而让卤素气体的消耗量更容易超过注入量与预定 比例的乘积，以更容易在气体室102中注入卤素气体。本实施例的预定比例可调整如第 六条件式C167，= C167-50其中，C167’为驱动电压上升后控制装置118所设定的预定比例，C167为驱 动电压上升前控制装置118所设定的预定比例，且50为一常数，但本发明亦不限于此数值。然而，当注入过多的卤素气体时，半高带宽会增加，因此为了避免因半高带宽 持续增加造成临界尺寸变大的情况，本实施例的气体注入方法还包括下列第七条件式至 第十条件式的至少一者，以减缓半高带宽的增加。第七条件式为借由降低卤素气体的注入量，来减缓半高带宽增加。第七条件式为 C135，= 0.9XC135其中，C135’为半高带宽上升后卤素气体的注入量，C135为半高带宽上升前卤 素气体的注入量，且0.9为一比例常数，但本发明不限于此数值。此外，除了降低卤素气体的注入量外，亦可降低卤素气体的注入次数，来降低 半高带宽。换句话说，减缓驱动电压大于最小驱动电压加上预定电压的条件，即可减缓 注入卤素气体，进而降低注入卤素气体的次数。本实施例的预定电压可调整如第八条件 式C163，= C163+10其中，C163’为半高带宽上升后控制装置118所设定的预定电压，C163为半 高带宽上升前控制装置118所设定的预定电压，且10为一常数。但本发明亦不限于此数值。另外，本实施例亦可降低用于判断的卤素气体的消耗量，亦即降低储存于控制 装置118中且用于判断的第一卤素气体消耗量的数值，使得用于判断的卤素气体的消耗 量较不容易超过卤素气体的注入量乘上预定比例，进而减缓进行注入卤素气体。本实施 例的第一卤素气体消耗量可调整如第九条件式第九条件式C166，= C166-50其中，C166’为半高带宽上升后控制装置118用于判断的第一卤素气体消耗 量，C166为半高带宽上升前控制装置118用于判断的第一卤素气体消耗量，且50为一常 数。但本发明亦不限于此数值。此外，本实施例亦可提高控制装置118所设定的预定比例，使注入卤素气体的 注入量乘上修正后的预定比例增加，进而让卤素气体的消耗量较不易超过注入量与预定 比例的乘积，以减缓注入卤素气体。如第十条件式C167，= C167+50其中，C167’为半高带宽上升后控制装置118所设定的预定比例，C167为半 高带宽上升前控制装置118所设定的预定比例，且50为一常数，但本发明亦不限于此数值。由此可知，本发明借由设定第三条件式至第六条件式，在驱动电压上升时，来 提高注入卤素气体的条件，并且借由设定第七条件式至第十条件式，在半高带宽上升 时，来减缓注入卤素气体的条件。本发明可在后续进行的气体注入方法中重复使用第三 条件式至第十条件式来控制驱动电压以及半高带宽，可避免持续调高驱动电压差而缩短 气体室102的寿命，并且避免激光的带宽增加而增加所制作组件的临界尺寸。值得注意的是，本发明的准分子激光系统的操作方法并不限于仅包括进行一次 气体注入方法，而亦可包括进行复数次气体注入方法。请参考图6，图6为使用本发明的 操作方法的准分子激光系统的寿命曲线与传统准分子激光系统的寿命曲线的示意图。如 图6所示，一第一曲线130表示重复利用本发明的操作方法来操作准分子激光系统的寿命 曲线，且每次操作方法中包括使用多次气体注入方法，其中复数个区段132代表着重复 进行多个准分子激光系统的操作方法，各区段132中的多个个极小值134代表着重复进行多个气体注入方法。一第二曲线140表示利用传统人为经验的方法来操作准分子激光系统的寿命曲线。相较于传统人为经验来作调整，使用本发明的操作方法的准分子激光系 统将可有效延长寿命。本发明的气体注入方法并不限于仅应用于准分子激光系统已运作一段时间之 后，亦可应用于准分子激光系统已未运作一段时间之后。请参考图7，图7为本发明另一 优选实施例的气体注入方法的流程示意图。如图7所示，本实施例的气体注入方法为进 行于准分子激光系统已未运作一段时间之后，其包括有步骤S80 判断卤素气体的消耗量是否大于卤素气体的注入量以及判断未注入 卤素气体的持续时间是否大于预定时间；以及步骤S90 当卤素气体的消耗量大于注入量且未注入卤素气体的持续时间大于 预定时间时，在气体室中注入卤素气体。在步骤S80中，由于本实施例为用于准分子激光系统未运作的情况，因此本 实施例的卤素气体的消耗量等于每小时未注入卤素气体的一第二卤素气体消耗量乘上一 未注入卤素气体的持续时间，而没有产生经过运作一定脉冲数量后的第一卤素气体消耗 量，并且可由D205 = D212XC165/1000的关系式来表示。在步骤S90中，由于准分子 激光系统为未运作，因此仅需于一段时间后注入卤素气体即可。综上所述，本发明的准分子激光系统的操作方法提供第三条件式至第六条件 式，使得于驱动电压过高时，可增加注入卤素气体，并降低驱动电压。并且，本发明另 提供第七条件式至第十条件式，使得在半高带宽过高时，可减少注入卤素气体，进而减 缓半高带宽的增加。借此，准分子激光系统的寿命得以延长。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，均应 属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种准分子激光系统的操作方法，该准分子激光系统包括一气体室、一用于提供 一卤素气体的第一气体供应单元以及一用于提供一混合气体的第二气体供应单元，该混 合气体包括一第一惰性气体以及一第二惰性气体，且该气体室填充有一原反应气体，该 操作方法包括在该气体室中注入一注入量的该卤素气体，直到该气体室的气压为一总气压时停止 注入该卤素气体，且该气体室中的该卤素气体具有一卤素气压；以及提供一驱动电压在该气体室中的二电极之间，以开启该准分子激光系统，其中该卤 素气压为限制于与该准分子激光系统所产生的激光的一半高带宽有负相关，且该卤素气 压为限制于与该驱动电压有正相关。
2.根据权利要求1所述的操作方法，其中该总气压与该驱动电压具有正相关。
3.根据权利要求2所述的操作方法，其中该卤素气压等于该准分子激光系统的该半高 带宽与一第一系数的乘积，加上该驱动电压与一第二系数的乘积，再加上一第一常数， 且该总气压等于该驱动电压与一第三系数的乘积加上一第二常数。
4.根据权利要求2所述的操作方法，其中在开启该准分子激光系统之后，该操作方法 还包括进行一气体注入方法，该气体注入方法包括当经过一第一脉冲数量后所得到的该驱动电压大于经过该第一脉冲数量后所得到的 一最小驱动电压加上一预定电压，且该卤素气体的一消耗量大于该注入量乘上一预定比 例时，或者当该驱动电压大于该最小驱动电压加上该预定电压，且未注入该卤素气体的 一持续时间大于一预定时间时，在该气体室中注入该卤素气体。
5.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该驱动电压上升时，提高该卤素气体的该 注入量。
6.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该驱动电压上升时，降低该预定电压。
7.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该驱动电压上升时，提高用于判断的该卤 素气体的该消耗量。
8.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该驱动电压上升时，降低该预定比例。
9.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该半高带宽上升时，降低该卤素气体的该注入量。
10.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该半高带宽上升时，提高该预定电压。
11.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该半高带宽上升时，降低用于判断的该 卤素气体的该消耗量。
12.根据权利要求4所述的操作方法，其中当该半高带宽上升时，提高该预定比例。
13.根据权利要求1所述的操作方法，其中该卤素气体为氟气，该第一惰性气体为氪 气，且该第二惰性气体为氖气。
14.根据权利要求1所述的操作方法，其中在注入该卤素气体之前，该操作方法还包括将该气体室中的该原反应气体抽出，直到该气体室的气压为一第一气压以下时停止 抽气；在该气体室中注入该卤素气体，直到该气体室的气压为一第二气压时停止注入该卤 素气体；以及在该气体室中注入该混合气体，直到该气体室的气压为一第三气压时停止注入该混 合气体。
全文摘要
本发明公开一种准分子激光系统的操作方法。首先，在气体室中注入一注入量的卤素气体，直到气体室的气压为一总气压时停止注入卤素气体，且气体室中的卤素气体具有一卤素气压。然后，提供一驱动电压在气体室中的二电极之间，以开启准分子激光系统。卤素气压为限制于与准分子激光系统所产生的激光的一半高带宽有负相关，且卤素气压为限制于与驱动电压有正相关。
文档编号H01S3/225GK102025101SQ20091017318
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者刘世斌, 陆建忠 申请人:联华电子股份有限公司