(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）１）間隔が隔てられた２つの細長い電極と、
２）希ガスと、
フッ素と、
バッファーガスと、を有するレーザガスと、
を備えるレーザチャンバと、
Ｂ）間隔が隔てられた２つの電極の間にレーザガスを流すためのブロワーと、
Ｃ）前記フッ素と、前記希ガスと、前記バッファガスとを包含する混合ガスからなるフッ素源と、
Ｄ）少なくとも０．３リットルの容積を備える注入ボトルと、
Ｅ）前記フッ素源と前記注入ボトルとの間、及び、前記注入ボトルと前記レーザチャンバの比較的低い内部ガス圧力領域との間にガスフローコミュニケーションを提供するガス注入マニホールドと、
Ｆ）前記レーザチャンバの比較的高い内部ガス圧力領域と前記注入ボトルとの間に配置され、前記レーザチャンバから前記注入ボトルを通るガスフローを許容する配管と、
Ｇ）フッ素注入フロー制御バルブを備えるフッ素制御システムであって、レーザチャンバのフッ素濃度によって決定された所望のスィートスポット内で前記レーザを作動させることができるように、所定の放電電圧から所定の増加分ΔＶだけ放電電圧が増加したとき、正確なフッ素の量ΔＦ2を前記フロー制御バルブにより決定されたレートで注入し、もって前記フロー制御バルブが注入に費やされる時間を注入開始点の間のインターバルの７０％〜９０％となるように制御するようなプログラムをプログラミングされたプロセッサにより、前記注入ボトルから前記レーザチャンバ内へ、フッ素注入フローを自動的に制御するように配置されたフッ素制御システムと、
を有することを特徴とするフッ素ガス放電レーザシステム。
【請求項２】
前記ガス注入マニホールドとを介して接続され、前記レーザチャンバの圧力より低い圧力に維持されているブリードボトルを更に有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のフッ素ガス放電レーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、「Fluorine Control System for Excimer Laser」と名付けられ１９９８年１月３０日に出願された米国特許出願番号第09/016,525号の一部継続出願である。本発明は、エキシマレーザに関し、特に、エキシマレーザのレーザガスを制御するための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマレーザは周知である。エキシマレーザの重要な用途は集積回路リソグラフィの光源を提供することである。現在、集積回路リソグラフィ用に実際に多く供給されているエキシマレーザのタイプは、２４８ｎｍの波長で紫外線を作り出すＫｒＦレーザである。同様のエキシマレーザであるＡｒＦレーザは、１９３ｎｍで紫外線を作り出す。これらのレーザは典型的には、１０００Ｈｚのようなパルス周波数でパルスモードで作動する。レーザビームは、約１．６ｃｍ（約５／８インチ）離されて、長さが約７１ｃｍ（２８インチ）の細長い２つの電極の間でレーザガスを介して放電することによって生成された利得媒体を包含するレーザチャンバに作り出される。放電は、電極にわたって約20,000ボルトのような高電圧を課すことによって作り出される。ＫｒＦレーザに関しては、レーザガスは典型的には、約１％がクリプトン、０．１％がフッ素、そして約９９％がネオンである。ＡｒＦレーザに関しては、ガスは典型的には、約３乃至４％がアルゴンで、０．１％がフッ素で、９６乃至９７％がネオンである。両方のケースにおいて、約１０００Ｈｚの高パルス周波数を達成するために、ガスは約５００乃至１０００インチ／秒の速度で電極間を循環させなければならない。
【０００３】
フッ素は最も反応する元素として知られ、放電中イオン化するとき、より反応性が高くなる。特別なケアが、フッ素と理論的に共存するニッケルコートされたアルミニウムのようなこれらのレーザチャンバ材料に利用するために施される。更に、レーザチャンバは、レーザチャンバ壁の内側にパッシフィケーション（passification）層を生成するようにフッ素で前処理される。しかしながら、この特別なケアでさえフッ素はこの壁及び他のレーザコンポーネントと反応し、その結果、相対的にフッ素の定常的な枯渇が生じる。枯渇の速度は多くの要因に依存しているが、その役に立つ特定の時間で所定のレーザに関して、レーザが作動しているならば、枯渇の速度はパルス周波数と負荷率とに主に依存する。レーザが作動していないならば、枯渇速度は実質的に低下する。ガスが循環しないならば、枯渇の速度は更に低下する。この枯渇を取り戻すために、典型的には新しいフッ素が約１乃至３時間の間隔で注入される。ピュアなフッ素を注入する代わりに、１％のフッ素と、１％のクリプトンと、９８％のネオンの混合をＫｒＦレーザに注入することが典型的な例である。例えば、リソグラフィのために使用される典型的な１０００ＨｚＫｒＦエキシマレーザでは、フッ素の枯渇を相殺するために注入されるそのフッ素、クリプトン、ネオンの混合物の量は、レーザが作動していないとき、約１０ｓｃｃ／時間変化し、レーザガスは、レーザが１０００Ｈｚで連続運転しているとき、約５００ｓｃｃ／時間循環する。典型的な注入レートは、チャンバーファンがレーザガスを循環させるがレーザが発火していないとき、約１２０ｓｃｃ／時間である。
【０００４】
単位「ｓｃｃ」は「スタンダード立方センチ（Standard Cubic Centimeters）」という。特定の体積のフッ素の量を記述するのに他に一般的に使用される単位は、パーセント（％）フッ素、ｐｐｍ及びキロパスカルであり、後者は時々、フッ素混合ガスの分圧に用いられる。（これは、レーザチャンバーに注入されたフッ素の量が典型的には、測定されたチャンバ圧力の増加によって（直接又は間接的に）求められ、１％フッ素混合ガスが注入しはじめるからである。）１％混合フッ素の３２０ｓｃｃ／時間注入速度は、約０．１０％から約０．０８７％までの２時間以上のフッ素濃度の枯渇に対応する。混合フッ素ガスの約３２０ｓｃｃ／時の注入速度（即ち、２時間インターバルで６４０ｓｃｃの１％混合フッ素が注入される）に対応する２時間の間、純粋なフッ素のグラムを測定したときの２時間におけるフッ素の枯渇の実際の量は約１０ミリグラムである。
集積回路リソグラフィに関して、作動の典型的なモードは、バーストの間の２，３秒のうちの一部のデッドタイムで（約３００ミリ秒の持続時間を有する）約３００パルスのようなバーストでウエハに印加され、約１０００Ｈｚで１０ｍＪ／パルスのような一定のパルスエネルギのレーザパルスを要求する。オペレーションのモードは１日のうち２４時間、１週間のうち７日間で数ヶ月連続し、メンテナンスのためにダウンするようにスケジューリングさせ、例えば１週間又は２週間ごとに１度修理する。それ故、これらのレーザは非常に信頼性が高く、実質的にトラブルフリーである。
【０００５】
リソグラフィのために使用される典型的なＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザでは、約１０ｍＪ／パルスの所望のパルスエネルギを持った高品質で再生可能なパルスが、約０．０８％（８００ｐｐｍ又はフッ素混合ガス分圧約２４ｋＰａ）から約０．１２％（１２００ｐｐｍ又は約３６ｋＰａ）までのフッ素濃度の実質的な範囲にわたって得られる。通常のレーザ作動範囲を超えて、（他のレーザパラメータはおおよそ一定のままであると仮定して）フッ素濃度が減少するとき、所望のパルスエネルギを生成することが要求される放電電圧が増加する。図１は、１０ｍＪ及び１４ｍＪの一定のパルスエネルギに関し、放電電圧とフッ素濃度との間の典型的な関係を示す。１５ｋＶ乃至２００ｋＶの範囲における放電電圧は、所望のレーザパルスエネルギを生成するのに必要な必要とされる放電電圧を（パルス圧縮増幅回路に）生成するのに必要な（約５５０ボルト乃至８００ボルトの範囲の）放電電圧を計算するフィードバックシステムによって典型的には制御される。それ故、このフィードバック回路は、（５５０ボルト乃至８００ボルト）の範囲で「コマンド電圧」を、放電電圧パルスを提供するために電源に送る。
従来技術は、フッ素の連続的な枯渇にもかかわらず、パルスエネルギを一定に維持するために、放電電圧とフッ素濃度との間の関係を利用する。従来技術のエキシマレーザの放電電圧は、非常に早く且つ正確に変化させることができ、パルスエネルギを一定に維持するために電気的フィードバックで制御されていた。過去のフッ素濃度の正確な制御は困難なことが判明していた。それ故、典型的なＫｒＦ及びＡｒＦレーザシステムでは、フッ素濃度は、放電電圧が、パルスエネルギ出力を一定に維持するためにフィードバック制御システムによって調整される間、約１乃至４又は５時間の間増加することを許容していた。約１乃至数時間のインターバルで周期的に、フッ素は数秒の短い間隔で注入される。従って、通常の作動において、フッ素濃度は、（例えば）約１乃至数時間の期間にわたって約０．１０％から約０．０９％まで徐々に減少し、一方、放電電圧は同じ期間にわたって例えば約６００ボルトから約６４０ボルトまで増加する。（電圧が約６４０ボルトまで上昇したとき）約１乃至数時間の間の終わりでフッ素の注入が、フッ素濃度が約０．１０％まで戻りはじめ、（一定パルスエネルギを維持させる）フィードバック制御が電圧を自動的に６００ボルトまで減少させる。この基本的なプロセスは典型的には、数日間繰り返される。汚染物質が数日間以上レーザガスに増大されるので、約５乃至１０日のインターバルでレーザ中の全てのガスを実質的に新しいレーザガスと置換することが通常は望ましい。図２は、先に議論した従来技術のフッ素注入を記載する。電圧値は、制御電圧コマンドの平均値を表し、充電電圧の平均値を間接的に表す。
上記の従来技術は、製造環境におけるこれらのエキシマレーザの長い期間の信頼できるオペレーションを提供するために今日有効に使用される。しかしながら、線幅、ビームプロファイル、及び波長のようないくらかのレーザパラメータは、放電電圧及びフッ素濃度における実質的なスイングによって逆に影響する。
実質的にいくつかの技術が提供され、提供された上述の従来技術よりもより狭く制限された範囲内にエキシマレーザのフッ素濃度を測定し制限することが特許されている。これらの技術は一般的に商業的に遂行されている。
ＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザにおけるフッ素枯渇の問題を取り扱うためのよりよいシステム方法が必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザチャンバ内のフッ素濃度の正確な制御をすることができる自動フッ素制御システムを備えるエキシマレーザシステムを提供する。
フッ素濃度スィートスポット
出願人は、パルスエネルギ安定性、波長安定性、及び線幅のようなビームパラメータがフッ素濃度の変化に対して非常に敏感であることを発見した。それらはまた、ビームパラメータの最良の組み合わせを提供するフッ素濃度が変化するレーザ寿命のような経験から学習される。また、従来技術の項で述べたように、レーザの寿命における特別な点で、フッ素濃度の増加は放電電圧の減少をもたらし、レーザ寿命が高法電圧及び高フッ素濃度の両方によって短くなることが周知であった。従って、良好なビームパラメータを保証し、長いレーザ寿命を達成するの両方の目的のためにフッ素濃度の慎重な選択が必要である。この選択は、知的なトレードオフの決定を含み、いったんこれらのトレードオフがなされたならば、フッ素濃度の最も望ましい範囲を表すフッ素濃度「スィートスポット」が決定される。このスィートスポットの決定がなされたとき、レーザをフッ素濃度スィートスポット内で作動させることが重要である。このことは、フッ素濃度を監視し、スィートスポット内でレーザを作動させるために信号を自動制御システムにフィードバックさせるフッ素モニタを提供することによって２つの好ましい実施形態において実施される。本発明の他の実施形態は、フッ素濃度を実際に測定する必要なしにフッ素濃度を自動的に且つ正確に制御するために他のレーザパラメータを利用する。
【０００７】
正確な自動制御
好ましい実施形態では、フッ素がレーザチャンバに内に注入される前にフッ素が注入される固定された容積注入ボトルが提供される。連続フッ素注入を達成するレートで正確な注入を許容するのに利用することができるマニホールド及びフィードバック制御システムが提供される。
別の好ましい実施形態では、充電電圧が、直前に注入された電圧ΔＶの固定された所定の数によって増加されたとき、固定された所定のフッ素量ΔＦが注入される。このことにより、所望のスィートスポットフッ素濃度に対応する勾配ΔＶ／ΔＦに対応するフッ素濃度に対する充電電圧の曲線におけるスィートスポットを捜索することができる。例えば、好ましい実施形態では、特定のレーザにおいて、約２８５Ｐａの純フッ素分圧に対応するフッ素濃度に対応する１０Ｖ／ｋＰａの勾配ΔＶ／ΔＦを提供するように、ΔＶが４０ボルトとして選択され、ΔＦが４ｋＰａとして選択される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１の好ましい実施形態
図３に示した第１の好ましい実施形態は、（制御電圧に比例する）放電電圧とフッ素濃度との間の図１に示した関係の利点を得るフッ素濃度のリアルタイム測定として制御電圧を使用する。フッ素濃度は実際には、キャリブレーションチェックとしてフッ素モニタ６２で周期的に測定される。フッ素は、延長された時間まで実質的に一定にフッ素濃度を維持するように連続的に注入される。
【０００９】
この好ましい実施形態の主な要素を図３に示す。図３に示したＫｒＦエキシマレーザシステムは、２つの細長い電極２２と、おおよそ０．１％のフッ素と１%のクリプトンと９８．９％のネオンからなるレーザガスとを含む在来のレーザチャンバ２０を有する。ガスは、レーザが１０００Ｈｚの周波数のパルスモードで作動することができる約１００インチ／秒の速度でかご型ブロワーによって電極２２を介して循環される。共鳴チャンバは、出力カプラ２６及び線狭帯域化モジュール２８によって構成される。各レーザパルス３０のエネルギは、エネルギモニタ３２によって監視される。フィードバック制御回路３４は、要素の小さな変化、又は、フッ素濃度の非常に小さな変化を包含する共鳴キャビティ内の状況にもかかわらず、所望のレベルで、レーザパルス３０のパルスエネルギを維持するために高電圧源３６の放電電圧を制御する。
【００１０】
電圧計３８は、高電圧源３６のチャージ電圧を監視し、所望の狭い範囲内で高電圧を維持するために必要ならば、ガスボトル４４からの連続的なフッ素注入レートを増加させ又は減少させるために、低フロー制御バルブ４２に制御信号を与えるフィードバック制御回路４０に信号を与える。フィードバック制御回路４０は、約３分のような所定の時間の間、放電がないとき、最小の長期にわたるデッドタイム・フローレートにまでフローレートを減少するようにプログラムされる。ガスボトル４４は、約１％のフッ素と、１％のクリプトンと、９８％のネオンとからなるガスを包含する。フッ素注入フローのかかる制御の効果は、数日間又は数週間にわたって本質的に一定のフッ素濃度を維持することである。レーザガス及び他のレーザコンポーネントの全体的な低下のために長期間にわたって、フッ素濃度又は放電電圧のいずれか若しくは両方が、一定のエネルギレーザパルスを維持するために増加しなければならない。この実施形態では、フッ素濃度は約８時間のインターバルでフッ素モニタ６２によって測定される。圧力調整器４６は、圧力調整器５０によって２気圧に順番に維持されるフッ素モニタタンク４８内に解放ガスによってチャンバ２０内の圧力を３気圧に維持する。圧力調整器５０の出力はフッ素スクラバー５２に行き、洗浄されたガスは雰囲気中に解放される。シフトあたり約１回（約８時間インターバル）、フッ素は開放バルブ６０によってフッ素モニタに収容される。次いで、フッ素モニタ６２は、フッ素モニタタンク４８に包含されるガスのフッ素濃度を測定する。フッ素濃度は、濃度がレーザオペレータによって設定された設定ポイントより上ならば作動するアラーム機能を包含するディスプレイパネル６４に表示される。
【００１１】
フッ素モニタ６２の出力は、フッ素濃度の直接的な指示を与えるために電圧計３８を較正するのに使用される。電圧計３８は、レーザが作動するときだけ、この指示を与える。それ故、レーザが使用されないとき、フッ素注入フロー制御のためにフッ素濃度のリアルタイム指示を実質的に連続して提供するために、幾つかのパルスに関してレーザを発火させるために（２０分に１回のように）周期的であるのが望ましく、その結果、チャンバ内のフッ素濃度は、デッドタイム中、所望の濃度に維持されうる。
【００１２】
レーザが２，３時間以上ダウンするようにスケジューリングされるならば、ガスボトル４４は閉鎖バルブ６６によって分離される。この場合では、作動が再開されるとき、バルブ６６は開かれ、十分なガスがガスボトル４４から、及びもし必要ならば、所望の水準でフッ素濃度を確立するためにボトル４５から、チャンバ２０内に注入される。２、３のテストパルスが、適当なフッ素濃度の指示に関する放電電圧レベルをチェックするのに生成されうる。更に、２または３のフッ素放電サンプルがとられ、較正チェックのためにモニタ６２によって監視される。フッ素濃度が作動を再開することができる適当な範囲内であるとき、作業者はデータに基づいて決定する。また、レーザ制御は、レーザが「レーザ・レディ信号」を作り出す準備ができたとき、この自動決定をなすためにプログラムされる。
【００１３】
図３に示した殆どの装置は、エネルギモニタ３２とフィードバック制御回路３４とを包含する従来技術のエキシマレーザ装置である。フィードバック制御回路４０と、低フロー制御バルブ４２及び４３と、圧力制御バルブ４６及び５０が新しい。全ての装置がフッ素と共存でき得る。バルブ４２は、８０ｐｓｉｇソース４４から３気圧レーザチャンバ２０内に（１ｓｃｃ乃至３０ｓｃｃより小さい）どんなときでも流速で一定のフローを提供することができる。かかるバルブの良い選択は、米国カリフォルニア州のYorba LindsaにオフィスがあるUnit Instrumentsから入手できるUnit Instruments Model 1661マス・フロー・コントローラである。そのコントローラは、所望の範囲内でガスフローを提供するこれらの条件下で使用することができる。この範囲は、その作動寿命を越えて、典型的なＫｒＦ及びＡｒＦに関して十分である。ダウンする時間（放電しない）の間、典型的なフッ素注入速度は、ガス循環がない１ｓｃｃ以下から、ガス循環を伴う約２ｓｃｃまでの範囲である。１０００Ｈｚでの連続作動では、注入速度は典型的には、約８ｓｃｃの範囲内である。実際のフッ素枯渇速度はまた、レーザチャンバの使用の関数として、レーザからレーザまで幾分変化する。一般的には、フッ素枯渇速度はチャンバの使用の増加に伴って増加する。Model 1661マス・フロー・コントローラはフロー表示器を包含するので、注入速度がフッ素に関して期待される枯渇速度と異なるならば、レーザオペレータは注入速度を監視し、適当な行動をとる。
【００１４】
この実施形態におけるガスフッ素モニタ６２は、山口県にオフィスがあるセントラル・エンジニアリング・カンパニーから入手できる市販のフッ素監視システムModel CFA 300Cである。
【００１５】
第２の好ましい実施形態
本発明の第２の好ましい実施形態を図４を参照して記載する。このシステムは以下のものを包含する：
（１）チャンバ２０
（２）２つの置換可能レーザガス供給シリンダ、１％Ｋｒと９９％Ｎｅの混合を包含するＦ−Ｋｒ−Ｎｅシリンダ７０、及び、１％Ｋｒと９９％Ｎｅの混合を包含するＫｒ−Ｎｅシリンダ７２
（３）チャンバフッ素／圧力制御システム７４
（４）フッ素モニタ７６
（５）圧力制御バルブ７８
（６）圧力変換器８０
（７）フッ素スクラバー８２
（８）真空ポンプ８４
（９）Ｆ−Ｋｒ−Ｎｅシリンダからのフローを制御するための高及び低フロー・マススロー制御器８６及び８８、及び、Ｋｒ−Ｎｅシリンダからのフローを制御するための高及び低フロー・マススロー制御器９０及び９２
【００１６】
チャンバの最初の一杯は、高フロー制御器９０及び８６を介して制御システム７４によって指し向けられる。チャンバが、変換器８０によって指し向けられたとき、約３気圧の設定圧力値で満たされた後、制御器は低フロー・マスフロー制御器８８及び９２を介してフローを切り替える。圧力が３気圧を超えたとき、制御器７４は、フッ素濃度を測定するために圧力制御バルブ７８がフッ素モニタ７６を介してチャンバをブリードダウンさせることができる。フッ素濃度を調整する必要があるならば、制御システムは、チャンバ内のフッ素濃度が約０．１％（１０００ｐｐｍ）の所望の濃度になるまで、制御器８８,９２及び７８を介してフローを調節することによってそうすることができる。チャンバが所望の濃度で満たされた後、フッ素濃度はモニタ７６によって連続的又は実質的に連続的に監視され、その結果は、Ｆ2，Ｋｒ及びＮｅの濃度を所望のレベルで維持し、且つ、全ガス圧を１つの所望の値又は複数の所望の値で維持するために、フロー制御器８８,９２及び７８を調整する制御システム７４に供給される。ダウン時間中、入力及び放電ガスフロー及び監視は、期待される低フッ素枯渇に基づいて、制御システム７４によってダウンが遅くなる。
【００１７】
好ましいマスフロー制御器は、米国カリフォルニア州のYorba LindaにオフィスがあるUnit Instruments, Inc.のようなサプライヤーから入手することができる。それらのModel 1661は、低フロー制御器に関して適しており、それらのModel 3161は、高フロー制御器に関して適している。圧力制御は、米国マサチューセッツ州のAndoverにオフィスを有するMKS Instrumentsによって供給されるType 250Bコントロールモジュールのような圧力制御モジュールで提供されるのが好ましい。この実施形態に適したＦ2モニタは、山口県宇部市にオフィスがあるセントラルエンジニアリング株式会社によって提供されてるModel CFA-300Cである。このモニタは、酸素がリリースされ且つ測定される化学反応を使用してフッ素を測定し、実質的に実時間モニタである。（リファレンスとしてここに組み込む）米国特許第5,017,499号に前記プロセスが記載されている。それ故、このモニタの出力は、ソース７０及び７２からの注入を制御するためにフィードバック制御システムに使用される。また、フッ素濃度を周期的に測定するためにModel CFA-300 C F2モニタを使用し、実時間モニタを較正するために、フッ素濃度の実時間モニタとして別の表示器を利用するのが好ましい。第１の実施形態として、周知のパルスエネルギでの放電電圧を、フッ素濃度の実時間測定として使用することができる。
【００１８】
この実施形態の変形は、選択されたパルス数の後にフッ素を注入するように制御器をプログラムするものである。制御システムは、選択されたパルス数の後に、フッ素濃度の測定の必要性を測定し、消費を計算し、所望のスィートスポット内にＦ2を維持するために計算された消費に基づいてＦ2の必要な量を注入する。出願人は、LabViewプログラミングソフトウェアを使用して、この制御方法を首尾良くテストした。LabViewは、米国テキサス州オースチンにオフィスを有するNational Instrumentsから入手できるが、他のプログラミングソフトウェアも使用することができる。
【００１９】
マスフロー制御器は、再び満たされる間、チャンバの圧力の上昇の速度を監視することによって較正する。この作動は、オペレータによって手動で実行され、又は、システムは、この較正を自動的且つ周期的に実行するためにプログラムされうる。
【００２０】
フッ素モニタを備えない実施形態
第３の好ましい実施形態
図３の６２及び図４の７６に示したようなフッ素モニタは典型的には、デバイスを複雑にし、数千ドルの費用がかかる。第３の好ましい実施形態は、フッ素モニタを使用せずに選択されたスィートスポット内で作動させることができる。この実施形態は、本発明に関するガス制御システムで、集積回路リソグラフィのために一般に使用されているタイプのＫｒＦエキシマレーザチャンバ１の技術水準を示す図５を参照して記載する。
【００２１】
レーザチャンバ１は、２０．３リットルのレーザガスを包含する。上述した名目上、組成は、１．０％クリプトン、０．１％フッ素、そして残りがネオンである。０．１％フッ素は、約０．００２０リットルの体積、又は、３気圧での２ｍｌのフッ素を表す。質量では、レーザチャンバ内のフッ素の名目的な量は約８グラム（８ｌｍｇ）である。フッ素の分圧は（１％混合フッ素の約２８ｋＰａに対応する）約２８０Ｐａ純フッ素である。（リソグラフィレーザの典型である）約４０％の装荷率で作動するレーザでの通常の作動中、フッ素は約３．３ｍｇ／時間（これは１時間あたりのチャンバ内のフッ素の約５％に対応する）の速度で枯渇する。純フッ素の分圧に関して、フッ素のこの通常の枯渇速度は約１．４５Ｐａ／時間である。１％フッ素混合ガスを使用してこの枯渇の埋め合わせをするために、約１．１５ｋＰａと等しい混合体積がチャンバに追加される。
【００２２】
従来技術の項で述べたように、フッ素の枯渇速度は一定からほど遠い。レイジングは起こっていないがレーザファンが作動しているならば、フッ素枯渇速度はおおよそ半分に削減される。ファンが停止するならば、フッ素枯渇速度は約１／４に削減される。１００％装荷率では、枯渇速度は約２倍の４０%装荷率枯渇速度である。
【００２３】
温度補償
一般的な温度に対する全てのガス圧力読取を換算することは、異なる時間又は異なるシステムで発生するブリード又は注入のようなガス作用と比較するとき、温度の影響を取り除く。絶対温度でのガス圧はまた、作動温度での等価圧を作り出すのに換算される。温度補償は、作動条件下で、より一貫したガス圧を生成するためにガスファンクション・ソフトウェアに加えられる。
【００２４】
閉じられた体積におけるガスの固定されたモル数に関して、Ｐ／Ｔ比（絶対温度に対する絶対圧力）は一定である。参照温度での圧力を定義して（それぞれ、Ｔref及びＰref）、次いで、温度を変化させると、
Ｐref／Ｔref＝Ｐ／Ｔ
となり、それ故、
Ｐref＝Ｐ×Ｔref／Ｔ                     （１）
又は
Ｐ＝Ｐref×Ｔ／Ｔref                     （２）
となる。
【００２５】
両方のケースにおいて、温度Ｔでの圧力Ｐは、温度Ｔrefでの圧力Ｐrefに対応する。式（１）は、参照温度Ｔrefに戻る圧力読取を判断し、例えば、異なる温度で記録された圧力と比べて判断する。式（２）は、現在の温度Ｔでの等価圧に対するＴrefでの所望の圧力を判断し、ガス作用に関して圧力目標を設定するのに用いられる。例えば、一杯のガスからの所望の圧力が５０℃（３２３．２Ｋ）で２９０ｋＰａであり、チャンバ温度が２７℃（３００．２Ｋ）であると仮定してみよう。式（２）は、Ｐ＝（２９０ｋＰａ）（３００．２）／（３２３．２）＝２６９ｋＰａの修正された目標圧力を与える。チャンバが２７℃でこの最初の圧力で満たされているならば、５０℃の温度での圧力は、所望の通り２９０ｋＰａであろう。
【００２６】
放電電圧 対 一定パルスエネルギ「スィートスポット」のフッ素濃度
従来技術及び図１に示したように、所望のパルスエネルギを維持するのに必要な放電電圧は、レーザの所望の作動範囲内におけるフッ素濃度の単調減少関数である。実質的に一定のパルスエネルギ出力を維持しながら放電電圧及びフッ素濃度のかなり大きなスイングが可能である従来技術は、図２に示したように実施されていた。しかしながら、放電電圧及びフッ素濃度の広いスイングは、波長、バンド幅、エネルギシグマ（小さなパルスとパルスのエネルギ変化の測定）パルスタイムプロファイル及び空間的なプロファイルのような重要なレーザビームパラメータにおける変化を生じる。一般的には、上記ビームパラメータが最適化される、放電電圧−フッ素濃度（一定エネルギでの）グラフの「スィートスポット」がある。かかる「スィートスポット」は、所望の特定の範囲内に全てのビームパラメータを維持しながら、ビームパラメータのどれが最も重要かを考慮してトレードオフの決定を行うレーザオペレータによって判断される。「スィートスポット」を決定するプロセスは、リファレンスとしてここに組み入れられる米国特許出願第08/915,030号に記載されている。
【００２７】
このプロセスは以下のように要約される：
１．所望のパルスエネルギが充電電圧範囲の上限付近の充電電圧で生成されうるフッ素の量でレーザを満たす。
２．放電電圧（又は、実際の充電電圧の見積が優れているときは制御電圧を使用する）と、線幅と、エネルギシグマとを測定する。
３．チャンバ圧力が２ｋＰａ増加するまでレーザガスをブリードさせる。チャンバ圧力を２ｋＰａ増加させるために、１％フッ素で十分追加することによってフッ素濃度を増加させる。
４．ステップ２を繰り返す。
５．放電電圧がその下限になるまで、ステップ３及び４を繰り返す。
６．データをプロットし、フッ素濃度スィートスポットを選択する。
【００２８】
表１は、データの典型的な設定を示し、このデータは図１０にプロットされ、２８．５ｋＰａ（１％Ｆ2）約２８５Ｐａ（純粋フッ素）のスィートスポットが選択される。
0003672449.tif 000002
【００２９】
フッ素モニタを用いないフッ素「スィートスポット」内の作動
いったんスィートスポットが決定したならば、その範囲の作動は以下によって達成される：
（１）パルスエネルギを監視し、所望の非常に狭い範囲内にパルスエネルギを維持するのに必要な放電電圧を非常に早く且つ自動的に調整するために、フィードバック機構を提供すること、及び、
（２）次いで、放電電圧（又は制御電圧）を監視し、フッ素濃度に対する充電電圧のカーブによって決定される所望のフッ素濃度に対応する所望のスィートスポット内に放電電圧を維持するのに必要なフッ素を注入すること。
【００３０】
「スィートスポット」内で作動するように試みるための一つの方法は、フッ素が枯渇するのと同じ速度でフッ素を連続的に注入することである。放電電圧に基づいたフィードバックループがフッ素フローを制御しうる。かかるシステムが、正確な制御値及び複雑な制御システムを要求する。スィートスポット内に滞在するためのより簡単な方法が図５に示されている。このシステムは自動制御を提供し、約３乃至５分と同じ低いインターバルでフッ素注入を周期的に正確に制御するために設計される。上述したように、典型的に現代的な１０００Ｈｚ、１０ｍＪリソグラフィＫｒＦエキシマレーザに関して、負荷率４０％で作動するためのフッ素枯渇速度は、約３．３ｍｇ／時間又は５５μｇ／分である。フッ素濃度におけるこの減少は、８００ボルト／時間又は（フッ素が加えられないと仮定すると）各５分あたり約６６ボルトの放電電圧における増加を要求する。例えば、典型的には５分間の間、電圧は、約１８，０００ボルト乃至約１８，０６６ボルトの増加である。放電電圧におけるこの増加は、（６００ボルト乃至６１０ボルトのような）増加に対応することによって高電圧充電電圧を増加することによって達成される。従って、スィートスポットが、１０ｍＪのパルスエネルギで６０５ボルト放電電圧に対応し、図５のシステムは、電圧が６１０ボルトに増加し、その結果フッ素濃度が枯渇するまで、１０ｍＪ／パルスでパルスエネルギを制御する必要があるならば、放電電圧を調節するようにプログラムされる。この時点で、約２９０μｇのフッ素が注入され、レーザの効率を改善し、その結果、パルスエネルギ放電電圧フィードバック回路は、電圧を約６００ボルトまで自動的に減少させることができ、次いで、更なるフッ素の枯渇によって、必要とされる別の注入時間で再び６１０ボルトまで徐々に電圧を増加させる。このスィートスポットは名目上の電圧の約２％であり、電圧スイングが約８％である図２に示したような従来技術を越える非常に大きな改良である。
【００３１】
通常の自動作動プロシージャ
図５に示したように、このプロセスは以下のように成し遂げられる。レーザチャンバは上述した（即ち、０．１％Ｆｌ、１．０％Ｋｒ、９８．１％Ｎｅ）混合ガスのレイジングを伴い約３気圧（２９０ｋＰａ）に満たされる。これは、反射要素２０及び出力カプラ２２からなる光学共鳴キャビティにレイジングを生成し、その結果電極２１の間の周期的な放電を作り出す。レーザビーム２６は、出力カプラ２２を介してレーザを出て、ビームの小さな部分がビームスプリッタ２４で抽出され、ファーストフォトダイオードであるパルスエネルギモニタ２８に差し向けられる。フィードバック信号が、回路３０を介して、約５００ボルト乃至約９００ボルト（主にフッ素濃度、最後に再び満たされた時、及び、レーザコンポーネントの寿命に依存する）の範囲に制御された高電圧入力を提供する高電圧充電システム３４を調整する高電圧制御プロセッサ３２に送られ、高電圧を高電圧充電システム３４から、電極２１にわたる約１１０００ボルト乃至２００００ボルトの範囲に非常に短い放電パルスまで圧縮し且つ増幅する電圧圧縮増幅回路３５に送る。
【００３２】
図１に示したように、１０ｍＪのような所望のパルスエネルギを作り出すのに必要な放電電圧パルスの大きさは、実質的には、このタイプのレーザに関するフッ素濃度に依存する。作動電圧範囲は、フッ素濃度が、放電電圧の変化と、特定のレーザに関する「スィートスポット」を決定するために測定されるパルスパラメータとに対応する可能な作動範囲を越えて変化することを許容する（上述した）テストの性能によって決定されるのが好ましい。いったんスィートスポットが決定されたならば（例えば６００ボルト乃至６１０ボルト）、レーザは図５に記載されたシステムを使用するスィートスポット内で自動的に制御される。
【００３３】
十分なフッ素が、スィートスポット電圧の上限よりも低い充電電圧で所望のパルスエネルギをレーザが作り出すことを許容するようにチャンバ内に注入される。バルブ１０，６，４，１５，１７及び１２が閉じられ、レーザは、フッ素枯渇がこの場合では６１０ボルトであるスィートスポットの上限まで充電電圧を増加させるまで、所望のパルスエネルギを作り出すために放電電圧を制御する高電圧コントロール２２で作動する。ガス制御プロセッサ３６は、６１０ボルトに達したとき、高電圧コントロール３２によって利用される高電圧バルブを監視する。（この実施形態では、１０，０００制御電圧値の平均が放電電圧を確立するために平均される。１０００Ｈｚでこれは１０秒かかる。）プロセッサ３６はバルブ６を開け、次いで、その信号が安定した後に、圧力変換器７からチャンバ圧力を読み取る。安定は約１０秒要求される。チャンバ圧力が、注入前の目標圧力（例えば２９０ｋＰａ）よりも高いならば、ΔＰ／ΔＴの予め決定された値を使用してガス制御プロセッサ３６が必要な時間を計算し、次いで、プロセッサは、２９０ｋＰａまでチャンバ圧力を下げるのに必要な時間の間バルブ１２を開けることができ、次いで、バルブ１２を閉める。バルブ１２は、小さなステップにおいてブリップされる。プロセッサ３６は、圧力が安定するために１０秒待ち、変換器７からの信号から再びチャンバ圧力を読み取る。もしそうならば、プロセスは繰り返されるが、レーザオペレータは、バルブ１２に関する所定のΔＰ／ΔＴタイミングバルブをチェックするために知らされる。また、プロセッサは、ブリード期間中、測定に基づいてΔＰ／ΔＴの値を更新するようにプログラムされうる。
【００３４】
予め注入された後、チャンバ圧力が、約２９０ｋＰａ又はそれ以下になるように決定される。バルブ６は閉められ、バルブ１５，１０及び４は開かれ、注入ボトル２は、ガスボトル１４からのハロゲンリッチガスでチャンバ圧力を過度に、ΔｋＰａ＝（注入されたサイズ）（チャンバ容積）／（注入ボトル）（それに加えたマニホールド容積）に加圧される。このガスボトル１４は、１％Ｆｌ、１％Ｋｒ及び９８％Ｎｅの混合を包含する。バルブ１５及び１４は次いで閉じられ、バルブ６はガスが注入ボトル２、及び、レーザチャンバ１内に流すためのマニホールド３７から防ぐように開けられる。ボトル２及びマニホールド３７の容積は、０．５６７リットルであり、ガスは、圧力がチャンバ、マニホールド及び注入ボトルと等しくなるまで流れる。最初のチャンバ圧力を２９０ｋＰａと仮定すると、（可能な温度の影響を無視する）新しい圧力はおおよそ：
Ｐ＝(20.3l/20.867l)(290kPa)＋(0.567l/20.867l)(310kPa)
Ｐ＝２９０．５４
となる。
圧力の増加は０．５４ｋＰａであり、それは（約２９０ｋＰａでの）ハロゲンリッチ混合ガスの(0.54kPa/290kPa)(20.3l)=37nを含意する。
【００３５】
ハロゲンリッチガスソースがたった１％フッ素なので、実際の追加されたフッ素の体積はおおよそたった０．３７ｍｌである（再び、チャンバ圧力は２９０ｋＰａである）。２９０ｋＰａでのフッ素の０.３７ｍｌの体積が１．５ｍｇのフッ素の重さを示す。この例では、フッ素の通常の枯渇速度が約３．３ｍｇ／時のレンジであるので、フッ素のこの追加は、この大きさの注入での一定のフッ素濃度を実質的に維持するように、２７分間の枯渇を補償するのに十分であり、注入は約２７分のレンジのインターバルで起こる。プロセッサ３６は、（約１０，０００パルス以上の平均がとられるのが好ましい）高電圧制御電圧が、レーザが作動するときスィートスポット電圧範囲の上限に達する各時間に注入を開始するようにプログラムされる。
【００３６】
システムはフロー制限器５を含み、注入ボトル２からチャンバ１内へのフローレートを制御するのを手動で調節することができるニードルバルブを含むのが好ましい。所望ならば、それは、注入と注入の間のインターバルの約７０乃至９０％以上のフローを広げさせるように調節される。そうすることによって、このプロシージャーは、よりシンプルであるが連続的な注入システムに近づく。別のフロー制御器５は、連続注入がより密接に接近した連続注入をなすコンピュータ制御されたニードルバルブであってよい。
【００３７】
ガス置換
上述したプロセスは、ほとんど連続的なベースで枯渇したフッ素を基本的に置換する。フッ素ガスソースがたった１％フッ素であるので、それはほとんど連続したベースでＫｒ及びＮｅの部分をまた置換する。さもなければ、たとえレーザガスの一部が実質的に連続的に置換されたとしても、このモードにおける作動は、レーザの効率を下げるレーザガスの汚染物質の増加を生じる。この効率の低下は、所望のパルスエネルギを維持するために、電圧の増加及び／又はフッ素濃度の増加を要求する。この理由から、従来技術のシステムの通常の運用は、実質的に完全にガスを交換するためにレーザを周期的にシャットダウンさせることを提案していた。この実質的に完全なガスの交換は、再び満たすことを意味する。これらの期間は、再び満たす間の１００，０００，０００パルスのようなレーザパルス数に基づいて決定されるか、又は、再び満たす時間は、最後に再び満たされたとき又はパスル及びカレンダータイムの組み合わせからのカレンダータイムに基づいて決定され得る。また、再び満たされる時間は、特定のフッ素濃度での所望の出力に関して必要とされる充電電圧の大きさによって決定されうる。好ましくは、再び満たされた後、「スィートスポット」に関する新しいテストがなされるべきである。また、再び満たされる間に周期的に、スィートスポットテストが実行されるべきであり、スィートスポットが変更ならば、オペレータは新しいスィートスポットが何処であるか知りうる。
【００３８】
再び満たされることが、次に述べるように図５に示されたシステムを使用して達成されうる。バルブ１０，６，１５，１２，１７及び４を閉じて、バルブ６及び１２を開け、真空ポンプ１３を開け、レーザチャンバを１３ｋＰａ以下の絶対圧力にひく。（直接ポンプでひくラインが、チャンバ１と、急速ポンプ引きを可能にする真空ポンプ１３との間に設けられている。）バルブ１２は閉じられている。バルブ１６は開けられ、バッファガスボトル１６からの１％Ｋｒ、９９％Ｎｅバッファガスが、５０℃で２６２ｋＰａに等しい圧力にそれを満たすようにチャンバに加えられる。（この２０．３リットルレーザチャンバに関して、温度補正は、５０℃からのチャンバ温度逸脱に関して１ｋＰａ／℃のΔＰ／ΔＴ補正を使用して近づけることができる。そのためチャンバ温度が２３℃ならば、２４７ｋＰａに満たされうる。）バルブ１７は閉じられ、バルブ１５は開かれ、ハロゲンリッチガスボトル１４からの１％Ｆｌ、１％Ｋｒ，９８％Ｎｅ混合ガスの量が、５０℃で２９０ｋＰａに等しい圧力までそれを満たすようにチャンバ１に加えられる。（上述した同じ温度補正が使用されることに注意する。）これにより、おおよそ０．１％Ｆｌ、１．０％Ｋｒ及び９８．９％Ｎｅのチャンバ内の混合ガスを作り出す。チャンバが約５０℃まで加熱されたとき、圧力は約３気圧又は２９０ｋＰａである。
【００３９】
第４の実施形態
第４の実施形態は、プロシージャが注入の更に正確な制御を与えることと僅かに異なることを除いては、上述の第3の実施形態と同一の装置を使用する。
この場合、注入は以下の通りである。バルブ１５及び１０は開放され、チャンバ１は２８６ｋPaに滲み出される。バルブ１２及び６は閉鎖される。バルブ１５及び１０は開放され、注入ボトル２及びマニホルド３７が４６３ｋPaまで満たされる。バルブ１５が閉鎖される。バルブ６は開放され、マニホルド３７及び注入ボトル２からのガスはチャンバ１に流れるように許容され、注入ボトル２における圧力がバルブ１０の閉鎖する時の３２０ｋPaに達する。（ボトル２からのガスはフロー制御器５に流れる。）このプロシージャは、この場合、４６３ｋPaのガスボトルのフッ素量と、３２０ｋPaのボトルの量に等価前のマニホルド圧力と等価後のチャンバ圧力との差圧に相当する追加的な更に少量を加えたものと、の差である各注入サイクルで一貫して本質的に同一で正確な量のフッ素を加えることになる。第１の実施形態におけるこのプロシージャのある重要な利点は、圧力測定に関連した不確定さが注入の精密さに小さな衝撃を与えるため、更に大きな差圧が注入容量の更に正確な制御を許容することである。上記のようにフロー制御器５は注入ボトルからチャンバまでのフローを制御する。上記のようにフローを正確に制止することにより、連続的な注入を概算することができる。リーダーは、連続的なフローを概算する能力がマニホルド容量を注入ボトル容量と比較して実行可能であるように作ることによって改良されることに注目するべきである。
この第４の実施形態において、システムは好ましくはガス制御プロセッサ３６によって自動的に制御され、所望のスイートスポット内でレーザが作動しているように保つ。ガス制御プロセッサは、チャージされた電圧（１００パルスのように数多くのパルスを平均とする）がスイートスポットの上限に達する時はいつでもブリーディング及び注入を要求する。
注入が頻繁であり少なかったとしたら、注入に先立つブリーディングは必要でない。このようにして、この実施形態への修正において、プロセッサはブリード−注入操作に先立ちチャンバ圧力を読みこみ、チャンバ圧力が２９０ｋPaのように指定のバルブ以下であるとしたら、ブリードステップは反復のために省かれる。
【００４０】
第２の実施形態に対する他の好ましい修正において、プロセッサは、温度センサー８によって示されるような注入ボトルの温度を読み込み、注入ボトル２を満たすのに使用される圧力バルブを５０℃に自動的に標準化する。
例えば、注入ボトル２の温度が２３℃であるとしたら、４６３ｋPaの充填圧力は、
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に適合する。
【００４１】
別々の排気ライン
図６において、チャンバから直接ブリーディングを許容する個別の排気ライン４２及び排気バルブ４０を含む代替の実施形態を示す。個別のブリードラインの利点は、マニホルド内にあるハロゲンリッチガスはブリードステップ内又はれフィル中のポンプダウン内で失われることがないことである。また、チャンバから出る汚染物は、この配列ではマニホルド３７に決して入ることがない。出願人によって試された図６により明らかである別の代替例は、ライン４２からバルブ６とチャンバ１との間のガスパイプの部分に結合させることである。
【００４２】
大き目の注入ボトル
別の好ましい実施形態によれば、注入ボトル２のサイズは本質的に増大する。利点は同一の量のハロゲンリッチガスが注入ボトルの低いΔPとともに加えられることである。チャンバ１からフロー制御器５までのフローの割合をより良く制御するようにする。しかしながら、大き目のボトルは更に値が高くつき、注入されたＦ2の量の決定につき精密さが減少することを意味する。
【００４３】
ショットガン注入
図９は０．５リットルブリードボトルを含む図５のシステムの修正を示す。この配列は、非常に速い注入及びブリードを許容する。プロシージャは、３気圧でチャンバ及びチャンバ圧力よりも低い圧力でブリードボトルにおける圧力よりも高い圧力で注入ボトルの圧力を通常維持するようにする。例えば、注入ボトルは通常５気圧で維持され、ブリードボトルは１気圧で維持される。レーザが作動していない時、レーザとブリードボトル３との間のバルビングは開放されても良く、正確な量が２秒以下でブリードされる。同様に、本質的に同一の量が注入ボトル２から同一の方法で２秒以下で注入されても良い。
【００４４】
注入ボトルを介した循環
図７は本発明の追加の実施形態を示す。この実施形態は、ライン４４が比較的高い内部ガス圧力（循環ブロワ−の直接のダウンストリームのような）の位置でチャンバを出るバルブ４６を有する。この実施形態において、他のガスラインは比較的低い内部ガス圧力(循環ブロワ−の直接のアップストリームのような)の位置でチャンバに入る。この注入プロセスは、バルブ１０及び６を開放してバルブ４６を閉鎖し、チャンバ１の低圧領域と等しくなるように注入ボトル２における圧力を許容する。バルブ６は閉鎖され、バルブ１５及び４は開放され、チャンバ低圧領域の圧力より上の約０．３７ｋＰａまで圧力を増大させるようにボトル２が十分なハロゲンリッチガスで満たされるようになり、バルブ３及び１５は閉鎖され、バルブ６は開放される。ボトル２に置ける圧力が変換器７によって示されるように約０．３７ｋＰａに減じた時、バルブ４６は開放して注入ボトル２を通るフローを許容するようにする。フロー制御器５は減少に合うようにＦ2の連続的追加をシミュレートして注入フローを慎重に制御するようにする。
【００４５】
１００％Ｆ2注入
図８は図７の実施形態の更なる修正である。この場合、１００％フッ素ボトル４８からバルブ５０に純粋なフッ素が注入ボトル２に注入される。この場合、フッ素減少を補償するように注入されたフッ素の量は少な過ぎて圧力変化が検出されない。従って、注入ボトル２への純粋なフッ素の注入は、バルブ５０を通して定期注入を与えるようにプロセッサ３６により調整され、約０．５％から約３％の範囲で注入ボトル２のフッ素濃度を保持する。ガスプロセッサ３６はまた、フロー制御器５を制御し、所望のスイートスポット内で高電圧を保持する。ガスプロセッサ３６は、フロー制御器５が制御範囲の高領域にフロー制御器５が達した場合ボトル４８から注入率を増大させ、フロー制御器５が制御範囲の低領域に達した時注入率を減少させるようにプログラムされている。
読取装置は、純粋なフッ素の使用が１％のフッ素ソース１４を削除するようにすることを認識すべきである。ブリードダウンステップと関連したＦｌ，Ｋｒ，Ｎｅのレーザガスの損失を多いに減じる。しかしながら、再び満たされるインターバルはおそらくより頻繁であるだろう。１００％の形態のフッ素はネオンと１％混合したフッ素の同量よりも大いに安価である。しかし、純粋なフッ素の使用は、特定の可能なハザード、及び関連の可能な調節のを与える。当業者は純粋なフッ素の使用の代替と関連した潜在的なトレードオフを注意深く考慮すべきである。
【００４６】
１００％フッ素ボトル４８は注入ボトル２内に位置しても良く、危険な１００％フッ素から保護の特別なバリヤーを提供するように置換えアイテムとして供給される。ボトル４８（ボトル２内の）に収容されたフッ素がボトル１４のような１％のハロゲンリッチガスの従来技術のボトルのフッ素以上ではない場合、純粋なフッ素の使用と関連したネット追加リスクがないという良い状態が起こる。読取装置は１００％以下の、しかし本質的に１％以上のフッ素の濃度は、上記トレードオフの考慮の妥協として好ましい。
【００４７】
チャンバ圧力の増大
上記プロセスの修正は、ビームパラメータを改良させる方法としてチャンバの寿命の終わりに向けてチャンバ圧力における増大を許容させるようにする。最適なスイートスポットがチャンバの寿命の始まりで３気圧の圧力であるのに対し、最適なスイートスポットは寿命の終わりには４気圧かそれ以上に高い。ビームパラメータ及びスイートスポットは特定のチャンバにチャンバからチャンバへ、時を経て本質的に変化する。従って、エネルギーを一定に保ちビームパラメータをチェックする時圧力フッ素濃度及び充電電圧が変化する間の１週間に一度のような定期テストはオペレータが各レーザの有益な寿命にわたり、最適なスイートスポットを決定させるようにする。
【００４８】
多数の注入ポート
図３から９に示したシステムの修正は、レーザチャンバにおける多数の注入ポートを与えることである。これは、ビームパラメータ仕様が非常に緊密であって、レーザの作動が注入期間中連続する時、重要である。多数の注入ポートは単一の注入ポートの近くの一様でないフッ素濃度の影響を減じる。
【００４９】
勾配探索注入方法
フッ素濃度を測定せずに自動的にフッ素濃度を制御する非常に効果的な方法は、図１及び図１０に示した充電電圧とＦ2濃度との間の関係を十分に利用する。これらのグラフに示されるように、Ｖ−Ｆ2曲線の勾配ΔＶ/ΔＦは通常増大するＦ2とともに減少し、負の指数関数の通常の形状を有する。例えば、図１０に示されるように、２８．３ｋＰａＦ2「スイートスポット」での曲線の勾配は約５．７Ｖ/ｋＰａである。（Ｆ2濃度のこれらの値は、上記について言及し、混合物の量がレーザチャンバに注入される時に増大するチャンバ圧力に対応する、１％Ｆ2混合物について述べていることに注意。）従って、作動中、放電電圧が前の注入の後すぐに記録された放電電圧から５．７ボルトで増大する度に１．０ｋＰａＦ2に等しいＦ2の量が加えられると、レーザにおけるＦ2濃度はいくらかの注入後２８．５ｋＰａでとどまる。ΔＶ及びΔＦ2の他の値は２８．５ｋＰａで作動を強制するのに使用される。例えば、４０ボルトのΔＶが選択されると、対応するＦ2は５．７Ｖ/ｋＰａのΔＶ/ΔＦ2を提供する７．０１７ｋＰａとなる。
【００５０】
２４ｋＰａのＦ2「スイートスポット」は、例えばエネルギーシグマを最小化するために選択され、２４ｋＰａＦ2濃度を生じさせる勾配は約１０．２ＶｋＰａとなる。これは、４０ボルトのΔＶ及び３．９２ｋＰａのＦ2を使用することにより達成される。
２８．５ｋＰａスイートスポットで作動させる代替の方法は、例えば放電電圧が５９０ボルトでＶ1に増大する度にＦ2の特定の量（例えば４ｋＰａ）を加えることである。これは、約２２．８ボルトの放電電圧から５６７．２ボルトのＶ2に減少させることとなり、電圧は、別の４ｋＰａが注入される時あとの１〜３時間５９０のＶ1に徐々に増大する。初めに示したように、この後者の不利な点はレーザ性能がガスフィルの間で、通常寿命を通して悪化することである。従って、約５９０ボルトから５６７．２ボルトの間のように一定に保たれると、フッ素濃度は、レーザがＦ2スイートスポットで作動しないようレーザ効率の減少を起こすために増大する。他方で、一定のΔＶ１1を保つ代わりにΔＶ/ΔＦ2を一定に保つことにより通常Ｖ1を増大させることになり、Ｆ2は本質的に変化しない。ビームパラメータがＶの変化よりもＦ2の変化によりより影響されるため、これは非常に重要な利点である。
ΔＶ/ΔＦ2の増大はＦ2濃度の減少を生じさせ、電圧及びライン幅の増大もまた減少する。エネルギーシグマはΔＶ/ΔＦ2における増大の規模によって減少あるいは増大する。全ては例えば図１０の件さにより示される。
【００５１】
勾配探索注入ソフトウェア
出願人は勾配探索注入方法を利用したレーザを完全に自動的に制御するソフトウェアを開発した。この方法では、レーザは延長した期間、基本的に最良のスイートスポット内でそれ自体を制御する。このソフトウェアを最も効率的に利用するには、所望のスイートスポットが図１０によって上記に説明したように決定されるべきである。
【００５２】
図１１はレーザの自動制御のためのこのソフトウェアの基本的な特徴を説明するフローチャートである。６０で示したように、フッ素スイートスポット及び対応するｄV/dＦ2勾配が決定され、ΔＶ及びΔＦ2値が選択され、コンピュータソフトウェアに「設計可能なもの」として入る。
レーザは作動し、ΔＶの下端を表すＶL値が制御電圧の平均値を使用して決定され、ＶHが計算され記憶される。勾配探索注入モードが適所にある限り、プロセッサは、他のＶ1の値が決定され、他のＶHの値が計算されＶHに記憶された後、正確な量のＦ2が注入される時、制御電圧の測定値がＶHに等しいかあるいは大くなるまでループする。Ｖ及びＦ2の濃度が何であれ、いくらかの注入サイクルの後にＳＳＩモードが初めに選択されたとき、アルゴリズムは選択されたＦ2スイートスポットでレーザが作動するように強制するΔＶ及びΔＦ2によって決定するＶｖｓＦ2勾配で「探索」又はとどまるようにレーザを強制する。
レーザ制御プロセッサは、好ましくはレーザの特定の選択された状態が予定の範囲外であった場合にＳＳＩモードからブランチアウトするようにプログラムされる。例えば、制御電圧が８００ボルトを超えたり又はチャンバ内の温度状態が本質的に所望の範囲外であった場合、ブランチアウトが要求される。好ましい実施形態において、注入は数多くのショットが電力偏差を補償する時間に基づいて推定のＦ2消費に基づく代替のＣＣＩモード（補償された消費注入）が与えられる。出願人がＥＣＩ（推定消費注入）と称する入手可能な他の好ましい代替モードは、前の注入以来電力補償ショットの数にまさに基づいて与えられる。この代替において、蓄積された数多くのショットがレーザの名目上の電力に対する前の注入以来の平均値である割合(Ｐｒ/Ｐｎ)によって調節される。ＳＡＩは名目上の電力の注入の間のショットの平均数であり、注入された量はΔＦ2である。特別に選択するか、又は他のどのモードも適当でない時、手動注入モードが適当である。
【００５３】
本発明がここに特定の好ましい実施形態で詳細に説明される時、多くの守勢および変形が当業者によって影響を受けるであろう。当業者はＫｒＦエキシマレーザに関して上記に説明した主要部分はＡｒＦエキシマレーザに等しく適用されることを認識できるであろう。エキシマレーザの設計における当業者は、ビーム出力において時間の変化を生じさせるいくつかの効果を補償するようにフッ素変化が選択される場合において、時間による変化を有するレーザビームを生じさせる目的、あるいはビームパラメータを一定に維持する目的のいずれかで、本質的にリアルタイムベースでフッ素濃度を適切に変化させるフィードバック制御システムを使用することができることをまた認識するであろう。従って、添付の特許請求の範囲によって、本発明の真の精神及び領域内でのかかる修正及び変化をカバーすることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的な市販のＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザにおける放電電圧とフッ素濃度との間の典型的な関係を示すグラフである。
【図２】フッ素濃度制御の従来技術を方法を広く使用したグラフである。
【図３】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態を実施するブロック図である。
【図１０】所望のスィートスポットを決定する方法を示すグラフである。
【図１１】本発明の好ましい実施形態のソフトウェアを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  レーザチャンバ
２  注入ボトル
５  フロー制限器
１３  真空ポンプ
１６  バッファガス源
２０  レーザチャンバ
２２  電極
２４  ブロワー
２８  パルスエネルギモニタ
３０  レーザパルス
３２  エネルギモニタ
３４  フィードバックコントロール
３６  ガス制御プロセッサ
４０  フィードバックコントロール
４２  低フロー制御バルブ
４６  圧力調整器
５２  フッ素スクラバー
５６  真空ポンプ
６２  フッ素モニタ
７８  圧力制御バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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