1. 注入鎖定(Injection-locked)技術

輸出功率的需求
雷射輸出功率的需求,取決於光阻感度、曝光裝置的光學穿透率、以及曝光裝置移動臺的速度。KrF 曝光製程的光阻感度最大為 50 mJ/cm2、光學穿透率為 15% 左右,移動台速度最高為 500 mm/s,因此對照射至此的 KrF 雷射輸出功率需求為 40W,該雷射輸出功率尚屬雷射頻率增進後足以涵蓋的範圍。
反之,ArF 曝光製程的光阻感度高於 KrF,但移動台速度約莫相同。其最大的不同點為光學穿透率,僅有 KrF 的一半甚至是 1/3。這也是 ArF 雷射與 KrF 雷射相較,需要約 2 倍功率高輸出雷射的原因之一。ArF 雷射方面也還有課題必須克服,那就是震盪效率偏低。對 KrF 與 ArF 兩種雷射輸入相同電力供應時,在雷射光學元件穿透率不佳的加重影響下,ArF 雷射的震盪效率僅有 KrF 雷射的一半左右。如此看來,ArF 雷射與 KrF 雷射相較,存在著約 4 倍的技術門檻,無法光靠提升現行頻率來達到高輸出,需要一種突破性的技術。

GigaTwin 平台
本公司為因應 ArF 雷射高輸出功率的需求,開發出採用注入鎖定法的 GigaTwin 平台,以作為突破現狀的技術。該方式為在雷射裝置中裝設兩台共振腔(雙腔系統),分別搭載光學共振器,由其中1台共振腔發出低輸出、窄頻譜的雷射光,再由另一共振腔對該雷射光進行增幅。本公司的注入鎖定技術開發,可追溯至1990年代。1993~1994年在通產省大型專案下,研發出 200 Hz、300W 的 ArF 雷射技術;此外,2000年至2002年之間,亦曾於 ASET 的 F2 微影專案中執行 5 kHz、30 W 的 F2 雷射技術開發。

注入鎖定系統與MOPA 系統

圖 1 注入鎖定系統與MOPA 系統

注入鎖定方式與 MOPA 方式
圖 1是代表性雙腔式雷射系統。兩種方式均使用兩個共振腔,但最大的不同點在於注入鎖定方式連增幅用共振腔均搭載了光學共振器,因此增幅用共振腔本體也帶有共振器的作用。
注入鎖定方式的動作為先由窄頻譜用共振腔進行放電,於窄頻化模組與透鏡間令光發生共振,形成窄頻譜寬雷射光(Master Oscillator)。其後,經由光傳送系統將雷射光導入增幅用共振腔,配合時機開始放電。在增幅用共振腔內持續放電期間內,雷射光將由光學共振器多次增幅,經過輸出透鏡收束射出最終雷射(Power Oscillator)。增幅端設置的光學共振器,可達極高的增幅效應,即使窄頻譜用共振腔輸出功率較低,也能獲得足夠的大輸出功率。此外,由於增幅端共振腔內雷射光存在時間長,更有增幅端開始放電時機較容易掌握等的優勢。
MOPA 方式的動作在窄頻譜用共振腔(Master Oscillator)的部分,與注入鎖定方式大致相同,但增幅用共振腔(Power Amplifier)限制僅能增幅雷射光2次,因此窄頻譜用共振腔的輸出,需要高於注入鎖定方式數倍的功率。此外增幅用共振腔內的雷射光生存時間極短,最終雷射光的性能容易受到放電開始時間快慢而變動。