[发明专利]感测氟浓度的装置和方法

说明书

本发明的实施例涉及用于测量在准分子激光器中使用的激光气体中的F2的浓度的装置和方法。在一个或多个实施例中，使用石英增强光声光谱法以仅使用少样品量快速地获取F2浓度的直接测量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月13日提交的美国非临时申请15/648,845的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及准分子激光器，并且具体地涉及用于监测准分子激光器中的激光气体的成分的设备和方法。

背景技术

准分子激光器是众所周知的。准分子激光器的一个重要用途是作为集成电路光刻的光源。目前为集成电路光刻大量提供的一种准分子激光器是ArF激光器，该ArF激光器产生波长为193nm的紫外光。类似的准分子激光器(KrF激光器)提供248nm的紫外光。这两个波长都被认为驻留在电磁光谱的深紫外线(“DUV”)部分中。

这些激光器通常以脉冲模式操作。激光束是在包含增益介质的激光腔室中产生的，该增益介质是通过两个电极之间的激光气体的放电产生的。对于ArF激光器，激光气体通常为约3-4％的氩、0.1％的氟和96-97％的氖。对于KrF激光器，激光气体通常为约1％的氪、0.1％的氟和约99％的氖。

氟是最具反应性的元素，并且当在放电期间被电离时，氟变得更具反应性。需要特别注意在这些激光腔室内使用与氟合理相容的材料，诸如镀镍铝。此外，可以用氟对激光腔室进行预处理，以在激光腔室壁的内侧上形成钝化层。但是，即使采取这种特殊措施，氟也会与壁和其他激光器部件发生反应，从而产生金属氟化物污染物并且导致氟气体的相对规则的耗尽。耗尽速率取决于很多因素，但是对于给定激光器，在其使用寿命内的特定时间，如果激光器正在操作，耗尽速率主要取决于脉冲速率和负荷因子。如果激光器未在操作，则耗尽速率会大大降低。如果气体未在循环，则耗尽速率进一步降低。为了弥补这种耗尽，通常以规则的间隔注入新的氟或含氟的气体混合物。这些激光器的操作的这些和其他细节可以在于2001年5月29日公布的题为“Fluorine Control System with Fluorine Monitor”的美国专利No.6,240,117中找到，该专利的全部公开内容通过引用合并于此。

在一些当前系统中，使用激光性能的间接测量来估计F2消耗。这种间接测量通常对于在制造环境中提供这些准分子激光器的长期可靠操作是有效的。但是，各种因素(改变操作点，产生污染物)会导致估计误差，从而导致整个气体寿命期间性能出现偏差，并且最终导致不可接受的误差率。

气体中的F2浓度的直接测量来将避免这些困难。直接F2测量可以通过化学传感器来进行，但是这些传感器通常很慢并且需要气体的大样品量(或连续流)以建立准确读数。对腔室中的大部分气体进行采样会增加气体的总消耗量，并且可能在进行采样时导致性能变化(即，在进行F2测量时腔室压力会大大降低)。另外，需要频繁且费时的校准。

因此，需要一种用于确定诸如ArF和KrF准分子激光器等氟基准分子激光器中的氟耗尽的装置和方法。在具有双腔室设计和脉冲功率架构的激光器中，这种需求尤其迫切，在该激光器中，两个腔室接收相同的充电电压，因此使氟消耗的估计更加困难。

发明内容

以下给出了一个或多个实施例的简化概述以提供对实施例的基本理解。该概述不是所有预期实施例的详尽概述，并且不旨在标识所有实施例的关键或重要元件，也不旨在对任何或所有实施例的范围设置限制。其唯一目的是以简化的形式呈现一个或多个实施例的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。