1. 注入锁定(Injection-locked)技术

输出功率的需求
激光输出功率的需求,取决于光阻灵敏度、曝光装置的光学穿透率、以及曝光装置移动台的速度。KrF 曝光制程的光阻灵敏度最大为 50 mJ/cm2、光学穿透率为 15% 左右,移动台速度最高为 500 mm/s,因此对照射至此的 KrF 激光输出功率需求为 40W,该激光输出功率尚属激光频率增进后足以涵盖的范围。
反之,ArF 曝光制程的光阻灵敏度高于 KrF,但移动台速度约莫相同。其最大的不同点为光学穿透率,仅有 KrF 的一半甚至是 1/3。这也是 ArF 激光与 KrF 激光相比,需要约 2 倍功率高输出激光的原因之一。ArF 激光方面也还有课题必须克服,那就是震荡效率偏低。对 KrF 与 ArF 两种激光输入相同电力供应时,在激光光学组件穿透率不佳的加重影响下,ArF 激光的震荡效率仅有 KrF 激光的一半左右。如此看来,ArF 激光与 KrF 激光相比,存在着约 4 倍的技术门坎,无法只靠提升现行频率来达到高输出,需要一种突破性的技术。

GigaTwin 平台
本公司为应对 ArF 激光高输出功率的需求,开发出采用注入锁定法的 GigaTwin 平台,以作为突破现状的技术。0本公司的注入锁定技术开发,可追溯至1990年代。1993~1994年在通产省大型项目下,研发出 200 Hz、300W 的 ArF 激光技术;此外,2000年至2002年之间,亦曾于 ASET 的 F2 光刻项目中进行了 5 kHz、30 W 的 F2 激光技术开发。

注入锁定系统与MOPA 系统

图 1 注入锁定系统与MOPA 系统

注入锁定方式与 MOPA 方式
图 1是代表性双室式激光系统。两种方式均使用两个共振腔,但最大的不同点在于注入锁定方式中增幅用共振腔也搭载了光学共振器,因此增幅用共振腔本体也带有共振器的作用。
注入锁定方式的动作为先由缩带宽用共振腔进行放电,在缩带宽模块与透镜间光发生共振,形成缩带宽激光(Master Oscillator)。其后,经由光传送系统将激光导入增幅用共振腔,配合时机开始放电。在增幅用共振腔内持续放电期间内,激光将由光学共振器多次增幅,经过输出透镜收束射出最终激光(Power Oscillator)。增幅端设置的光学共振器,可达极高的增幅效应,即使缩带宽用共振腔输出功率较低,也能获得足够的大输出功率。此外,由于增幅端共振腔内激光存在时间长,更有增幅端开始放电时机较容易掌握等的优势。
MOPA 方式的动作在缩带宽用共振腔(Master Oscillator)的部分,与注入锁定方式大致相同,但增幅用共振腔(Power Amplifier)限制仅能增幅激光2次,因此缩带宽用共振腔的输出,需要高于注入锁定方式数倍的功率。此外增幅用共振腔内的激光生存时间极短,最终激光的性能容易受到放电开始时间快慢而变动。