(57)【要約】本発明は、約４，０００Ｈｚ又はそれ以上のパルス繰返し率及び約５ｍＪ以上のパルスエネルギーで高品質パルスレーザ光を生成することができるシード光注入モジュール放電ガスレーザシステムに関する。２つの別個の放電室を備え、その一方は、第２の放電室で増幅される超狭帯域シード光を生成する主発振器の一部である。２つの放電室は別個に制御することができ、主発振器内の波長パラメータの最適化及び増幅室内のパルスエネルギーパラメータの最適化を可能にする。Ｆ2レーザシステムの好適な実施形態は、ＭＯＰＡとして構成され、特に集積回路リソグラフィの光源として使用されるように設計される。好適なＭＯＰＡ実施形態において、各々の放電室は、各パルスの間で約０．２５ミリ秒未満の時間で放電領域から残渣を除去することによって、４０００Ｈｚ又はそれ以上のパルス繰返し率での作動を可能にするのに十分なガス流を供給する単一の横流ファンを備える。主発振器は、強いＦ2スペクトル線幅を選択するための線幅選択パッケージを備える。
2005502208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超狭帯域２室式高繰返し率の放電ガスレーザシステムであって、
Ａ）１）ａ）第１のレーザガスと、
ｂ）第１の放電領域を形成する、各々細長い形状で間隔をあけて設けられた第１の電極とを含む第１の放電室、
２）４，０００パルス／秒又はそれ以上の範囲の繰返し率で作動する際に、各パルスの後に、放電によって生成されたイオンの実質的に全てを、次のパルスの前に前記第１の放電領域から除去するために、前記第１の放電領域における前記第１のレーザガスの十分なガス速度を作り出すための第１のファン、
３）前記第１のレーザガスから少なくとも１６ｋｗの熱エネルギーを除去することができる第１の熱交換器システムを備える第１のレーザユニットと、
Ｂ）選択された線幅スペクトルの外側のエネルギーを最小にするための線幅選択ユニットと、
Ｃ）１）ａ）第２のレーザガスと、
ｂ）第２の放電領域を形成する、各々細長い形状で間隔をあけて設けられた第２の電極対とを含む第２の放電室、
２）４，０００パルス／秒又はそれ以上の範囲の繰返し率で作動する際に、各パルスの後に、放電によって生成されたイオンの実質的に全てを、次のパルスの前に前記第２の放電領域から除去するために、前記第２の放電領域における前記第２のレーザガスの十分なガス速度を作り出すための第２のファン、
３）前記第２のレーザガスから少なくとも１６ｋｗの熱エネルギーを除去することができる第２の熱交換器システムを備える第２のレーザユニットと、
Ｄ）約４，０００パルス／秒の速度で約５ｍＪを超える正確に制御されたパルスエネルギーを有するレーザパルスを生成するのに十分な電気パルスを前記第１の電極対及び前記第２の電極対に供給するようになったパルス電力システムと、
Ｅ）前記２室式レーザシステムによって生成されたレーザ出力パルスのパルスエネルギーを測定すると共に、フィードバック制御方式で前記レーザ出力パルスを制御するためのレーザ光測定及び制御システムとを備え、
前記第１のレーザユニットからの出力レーザ光は、前記第２のレーザユニットをシードするためのシード光として用いることを特徴とするレーザシステム。
【請求項２】
前記第１のレーザ装置は、主発振器として構成され、前記第２のレーザ装置は、電力増幅器として構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３】
前記第１のレーザガスは、フッ素及びネオンを含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項４】
前記第１のレーザガスは、フッ素及びヘリウムを含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記第１のレーザガス及び前記第２のレーザガスは、フッ素と、ネオン、ヘリウム、又はネオンとヘリウムとの混合物から成る群から選択されたバッファガスとを備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項６】
前記電力増幅器は、前記第２の放電領域を通る単一のビーム経路用に構成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項７】
前記電力増幅器は、前記第２の放電領域を通る複数のビーム経路用に構成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項８】
前記主発振器は、前記第１の放電領域を通る２つの経路を作る共振経路をもたらす光学部品を備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記主発振器は、前記第１の放電領域を通る２つの経路を作る共振経路をもたらす光学部品を備え、前記電力増幅器は、前記第２の放電領域を通る複数のビーム経路をもたらす光学部品を備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記第１の放電室から独立している前記第１のレーザ装置の空洞共振器光学部品を支持するための光学テーブルを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
前記光学テーブルは、略Ｕ字形であり、且つ、Ｕ字形空洞を有し、前記第１の放電室は、前記Ｕ字形空洞内に取り付けられることを特徴とする請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
垂直に取り付けられた光学テーブルを更に備え、前記第１の放電室及び第２の放電室が前記垂直光学テーブル上に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記第１及び第２のレーザ室の各々は、前記放電領域で起こる静圧降下の大部分の回復を可能にするために、前記電極の下流側に、断面積が徐々に大きくなるガス流路を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記第１及び第２のレーザ室の各々は、前記放電領域の上流でガス速度を正規化するための羽根構造体を前記放電領域の上流に更に備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記第１のファン及び前記第２のファンの各々は、横流ファンであり、各々は２つのブラシレスＤＣモータによって駆動される軸を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記モータは、水冷式モータであることを特徴とする請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記モータの各々は、固定子を備え、前記モータの各々は、前記固定子を前記レーザガスから隔離する圧力カップ内に収容された磁気回転子を備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記第１のファン及び第２のファンの各々は、前記アルミニウム材料から機械加工されたブレード構造体を備える横流ファンであることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記ブレード構造体は、約５インチの外径を有することを特徴とする請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記ブレード構造体は、鋭い前縁を有するブレード要素を備えることを特徴とする請求項１９に記載のレーザシステム。
【請求項２１】
前記モータは、センサレスモータであり、前記モータの一方を制御するためのマスタモータ制御装置と、前記モータの他方を制御するためのスレーブモータ制御装置とを更に備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項２２】
前記横流ファンの各々は、前記軸に対して角度を有するブレードを備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項２３】
フィン付き熱交換器システムの各々は、水冷式であることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２４】
前記熱交換器システムの各々は、少なくとも４つの別個の水冷式熱交換器を備えることを特徴とする請求項２３に記載のレーザシステム。
【請求項２５】
前記熱交換器システムの各々は、管状の水流路を有する少なくとも１つの熱交換器を備え、少なくとも１つの攪拌器が前記流路に配置されることを特徴とする請求項２３に記載のレーザシステム。
【請求項２６】
前記４つの熱交換器の各々は、攪拌器を収容する管状の水流路を備えることを特徴とする請求項２５に記載のレーザシステム。
【請求項２７】
前記パルス電力システムは、水冷式電気部品を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２８】
前記水冷式部品の少なくとも１つは、１２，０００ボルトを超える高電圧で作動する部品であることを特徴とする請求項２７に記載のレーザシステム。
【請求項２９】
前記高電圧は、冷却水が流れるインダクタを使用して接地から絶縁されることを特徴とする請求項２８に記載のレーザシステム。
【請求項３０】
前記パルス電力システムは、前記第１の電極対に電気パルスを供給する第１の充電コンデンサバンク及び第１のパルス圧縮回路と、前記第２の電極対に電気パルスを供給する第２の充電コンデンサバンク及び第２のパルス圧縮回路と、前記第１の充電コンデンサバンク及び前記第２の充電コンデンサバンクに並列に正確に制御された電圧に充電する共振充電システムとを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３１】
前記共振充電システムは、Ｄｅ−Ｑｉｎｇ回路を備えることを特徴とする請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３２】
前記共振充電システムは、ブリード回路を備えることを特徴とする請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３３】
前記共振充電システムは、Ｄｅ−Ｑｉｎｇ回路及びブリード回路を備えることを特徴とする請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３４】
前記パルス電力システムは、並列に配置された少なくとも３つの電源装置から成る充電システムを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３５】
前記線幅選択ユニットは、前記主発振器の下流に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項３６】
前記線幅選択ユニットは、複数のプリズムを備えることを特徴とする請求項３５に記載のレーザシステム。
【請求項３７】
前記複数のプリズムは５つのプリズムであることを特徴とする請求項３６に記載のレーザシステム。
【請求項３８】
前記複数のプリズムは、前記第１のレーザユニットからのレーザ光が３６０度方向を変えて前記第２のレーザユニットに入るようにループ状に配置されていることを特徴とする請求項３６に記載のレーザシステム。
【請求項３９】
可視光位置合わせレーザを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４０】
前記線幅選択ユニットは、リオフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４１】
前記第１の放電室及び前記第１の放電室は室窓を備え、前記室窓上のレーザ光の入射角は全てブルースター角よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４２】
前記第１のレーザユニットで生成されたレーザ光の方向を変えるビームステアリング手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４３】
前記ビームステアリング手段は、光学部品を旋回させる手段を更に備えることを特徴とする請求項４２に記載のレーザシステム。
【請求項４４】
前記ビームステアリング手段は、前記線幅選択ユニット内の圧力を調整する手段を更に備えることを特徴とする請求項４２に記載のレーザシステム。
【請求項４５】
前記レーザシステムは、部分的に前記第１のレーザユニット用の共振空洞を形成するプリズム出力カプラを備え、前記プリズム出力カプラは、ｐ−偏光に適する低損失角度に配向された第１の面及び前記第１のレーザユニットからのレーザ光に直交して配置される第２の面の２つの面を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４６】
１）前記第１の放電室のガス温度をモニタする第１の温度モニタと、
２）第１のガス温度制御システムと、
を更に備え、前記第１のガス温度制御システムは、反射された音波に起因する音の悪影響を無くすようにガス温度を調整する制御アルゴリズムをもつことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４７】
１）前記第２の放電室のガス温度をモニタする第２の温度モニタと、
２）第２のガス温度制御システムと、
を更に備え、前記第２のガス温度制御システムは、反射された音波に起因する音の悪影響を無くすようにガス温度を調整する制御アルゴリズムをもつことを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４８】
窒素フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４９】
流量モニタを有するパージモジュールを備える窒素パージシステム、及び前記レーザからの排気パージガスを移動させるパージ排気管を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５０】
電動式シャッタを備えるシャッタユニットと、指令信号を用いてレーザ出力ビーム経路内に配置することができる電力メータとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５１】
ビーム密封システムを更に備え、前記ビーム密封システムは、
（１）金属ベローズを含む少なくとも１つのビームシールと、
（２）前記ビーム密封システムをパージガスでパージするためのパージ手段と、
を有することを特徴とする請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項５２】
前記ビーム密封システムは、前記第２のレーザユニットで生成されるレーザ光を横断するパージ流を形成する流れ案内手段を備えることを特徴とする請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項５３】
前記ビームシールの少なくとも１つは、前記レーザ室の簡単な交換を可能にすることを特徴とする請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項５４】
前記ビームシールの少なくとも１つは、エラストマを含有せず、前記レーザ室からの振動絶縁を行ない、大気ガスからのビーム列の隔離を行ない、前記ＬＮＰ又は前記出力カプラユニットを乱すことなく前記レーザ室の交換を制限しないようになっていることを特徴とする請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項５５】
前記ビームシールの少なくとも１つは、真空適合であることを特徴とする請求項５１に記載のレーザシステム。
【請求項５６】
前記ビームシールの少なくとも１つは複数のビームシールであり、前記複数のビームシールは、手で簡単に取り外しできるように構成された簡易密封ベローズシールであることを特徴とする請求項５５に記載のレーザシステム。
【請求項５７】
前記測定及び制御システムは、前記レーザから出力パルスの一部を分割する１次ビーム分割器と、前記分割された出力パルスの一部を前記パルスエネルギー検出器に導く光学部品と、前記１次ビーム分割器及び前記パルスエネルギー検出器の窓に隣接する容積を前記測定及び制御システムの残りの部分から隔離して隔離領域を形成するための隔離手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５８】
前記隔離領域をパージガスでパージするパージ手段を更に備えることを特徴とする請求項５７に記載のレーザシステム。
【請求項５９】
ミラーの変更でもって、ＫｒＦレーザシステム、ＡｒＦレーザシステム、又はＦ2レーザシステムのいずれかで作動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６０】
実質的に全ての構成部品は、レーザ・エンクロージャに収容されるが、前記エンクロージャから物理的に離れているＡＣ／ＤＣモジュールを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６１】
前記パルス電力システムは、主発振器充電コンデンサバンクと、電力増幅器充電コンデンサバンクと、両充電コンデンサバンクを並列に充電するように構成された共振充電器とを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６２】
前記パルス電力システムは、少なくとも２０００Ｖの供給電圧を前記共振充電器へ供給するように構成された電源装置を備えることを特徴とする請求項６１に記載のレーザシステム。
【請求項６３】
主発振器ビームパラメータを制御するために、前記第１のレーザガスのＦ2濃度を制御するためのガス制御システムを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６４】
主発振器ビームパラメータを制御するために、前記第１のレーザガスのレーザガス圧力を制御するためのガス制御システムを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６５】
前記主発振器の放電の２０ｎから６０ｎｓ後に、前記電力増幅器の放電をトリガする放電タイミング制御装置を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項６６】
特定の状況で、何らかの大きな出力パルスエネルギーを回避するよう時間調整された放電を引き起こすようにプログラムされた放電制御装置を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項６７】
前記特定の状況において前記制御装置は、前記主発振器での放電の少なくとも２０ｎｓ前に前記電力増幅器の放電を引き起こすようにプログラムされることを特徴とする請求項６６に記載のレーザシステム。
【請求項６８】
前記レーザからの出力パルスの持続時間を長くするためのパルス増倍ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６９】
パルス増倍ユニットは、前記出力パルスレーザ光を受光し、前記レーザ出力パルスに比較して実質的に強度値が低減された多数のパルスから成る単一の増倍器出力パルスビームを生成するためにパルス数／秒を２倍に増倍するように構成されており、前記パルス増倍ユニットは、
（１）前記出力ビームの一部を分離するように構成された第１のビーム分割器であって、前記分離された部分が遅延部分を定め、前記出力ビームが前記第１のビーム分割器におけるビーム寸法及びビーム広がり角を定めるようになっている、第１のビーム分割器と、
（２）前記第１のビーム分割器で始まって終わり、少なくとも２つの集束ミラーを備え、前記ミラーが、前記遅延部分を前記第１の遅延経路内で集束させると共に、前記第１のビーム分割器の前記出力ビームのビーム寸法及びビーム広がり角に等しいか又はほぼ等しいビーム寸法及びビーム広がり角をもつ前記遅延部分を前記第１のビーム分割器に戻すようになっている第１の遅延経路と、
を備えることを特徴とする請求項６８に記載のレーザシステム。
【請求項７０】
前記少なくとも２つの集束ミラーは、球面鏡であることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７１】
少なくとも２つの球面鏡を有する第２の遅延経路を更に備えることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７２】
前記第１の遅延経路は、４つの集束ミラーを備えることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７３】
前記第１の遅延経路内に配置された第２のビーム分割器によって形成される前記第２の遅延経路を更に備えることを特徴とする請求項７２に記載のレーザシステム。
【請求項７４】
前記第１の遅延経路は、第２のビーム分割器を備えると共に、少なくとも２つの集束ミラーを有する第２の遅延経路を更に備え、前記ミラーが、前記遅延部分を第１の遅延経路内で集束されると共に、第１のビーム分割器の前記出力ビームのビーム寸法及びビーム広がり角に等しいか又はほぼ等しいビーム寸法及びビーム広がり角をもつ前記遅延部分を前記第１のビーム分割器に戻すようになっていることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７５】
前記第１のビーム分割器は、内部反射減衰の光学的特性を利用して少なくとも２つの方向にレーザ光を導くように構成されることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７６】
前記第１のビーム分割器は、各々が平面を有する２つの透明な光学素子で構成され、前記光学素子は、前記平面が相互に平行な状態で配置され、２００ｎｍ未満だけ離れていることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【請求項７７】
前記第１のビーム分割器は、所望の反射伝達比を達成するように前記出力レーザ光に対して所定の角度に向けられている被覆なし光学素子であることを特徴とする請求項６９に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００２年１月２３日出願の米国特許出願番号１０／０５６，６１９、２００１年１２月２１日出願の米国特許出願番号１０／０３６，６７６、２００１年１２月２１日出願の米国特許出願番号１０／０３６，７２６、２００１年１１月３０日出願の米国特許出願番号１０／０１２，００２、２００１年１１月２９日出願の米国特許出願番号１０／００６，９１３、２００１年１０月３日出願の米国特許出願番号０９／９７０，５０３、２００１年８月２９日出願の米国特許出願番号０９／９４３，３４３、２００１年６月６日出願の米国特許出願番号０９／８７９，３１１、２００１年５月１４日出願の米国特許出願番号０９／８５５，３１０、２００１年５月１１日出願の米国特許出願番号０９／８５４，０９７、２００１年５月３日出願の米国特許出願番号０９／８４８，０４３、２００１年４月９日出願の米国特許出願番号０９／８２９，４７５、２００１年１月２９日出願の米国特許出願番号０９／７７１，７８９、２００１年１月２３日出願の米国特許出願番号０９／７６８，７５３、２０００年１０月６日出願の米国特許出願番号０９／６８４，６２９、１９９９年１２月２８日出願の米国特許出願番号０９／４７３，７９５、１９９９年１２月２７日出願の米国特許出願番号０９／４７３，８５２、１９９９年１２月１０日出願の米国特許出願番号０９／４５９，１６５、及び、１９９９年５月１０日出願の米国特許出願番号０９／３０９，４７８の優先権を主張するものである。本発明は、放電ガスレーザ、特に、高繰返し率Ｆ2レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ガスレーザ
放電ガスレーザは周知である、１９６０年代にレーザが発明された直後から利用可能でなっている。２つの電極間の高電圧放電は、レーザガスを励起してガス状利得媒質を生成する。利得媒質を含む空洞共振器は、光の誘導増幅を可能にし、その後、光はレーザ光の形態で抽出される。これらの放電ガスレーザの多くは、パルスモードで作動される。
【０００３】
エキシマレーザ
エキシマレーザは、特定の形式の放電ガスレーザであり、１９７０年代半ばから知られている。集積回路リソグラフィに有用なエキシマレーザは、１９９１年６月１１日発行の米国特許第５，０２３，８８４号「小型エキシマレーザ」に説明されている。この特許は、本出願人の雇用主に譲渡されており、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されているエキシマレーザは、高繰返し率パルスレーザである。これらのエキシマレーザは、集積回路リソグラフィに使用する場合、一般的に、時間当たり何千個もの高価な集積回路を「２４時間体制」で製造する製造ラインで稼働するので、休止時間は非常に不経済である。この理由で、構成部品の大半は、数分以内に交換可能なモジュールにまとめられている。一般的に、リソグラフィに使用されるエキシマレーザは、出力ビームの帯域を１ピコメートルまで狭くする必要がある。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されている形式の放電ガスレーザは、電気パルス電源システムを利用して２つの電極間で放電を引き起こすようになっている。このような従来技術によるシステムでは、各々のパルスに関して、直流電源装置は、「充電コンデンサ」又は「Ｃ0」と呼ばれるコンデンサバンクを「充電電圧」と呼ばれる所定の制御電圧まで充電する。この充電電圧値は、従来技術による装置では約５００ボルトから１０００ボルトの範囲である。Ｃ0が所定電圧まで充電された後、半導体スイッチを閉じると、Ｃ0に蓄積された電気エネルギーは、一連の磁気圧縮回路及び変成器を通って瞬時にリンギングされ、各電極の両端に約１６，０００ボルト（又はそれ以上）の範囲の高電圧電位が生じ、約２０ｎｓから５０ｎｍ持続する放電を引き起こすようになっている。
【０００４】
リソグラフィ光源の大きな進展
米国特許第５，０２３，８８４号に説明されているようなエキシマレーザは、１９８９年から２００１年までの間に集積回路リソグラフィ用の主要な光源になった。現在、１０００台以上のこれらのレーザが、最新の集積回路製造工場で使用されている。これらのレーザのほとんど全ては、米国特許第５，０２３，８８４号に説明されている基本設計の特徴を有する。これは、
（１）各電極の両端に約１００パルスから２５００パルス／秒のパルス繰返し率で電気パルスを供給するための単一のパルス電力システム、
（２）部分反射ミラー形式の出力カプラと、プリズムビーム拡大器、調整ミラー及び格子から成る線幅狭小化ユニットで構成された単一の空洞共振器、
（３）レーザガス（ＫｒＦ又はＡｒＦ）、２つの細長い電極、及び各パルス間の放電領域をきれいにするのに十分な速度で２つの電極間でレーザガスを循環させるための横流ファンを含む単一の放電室、
（４）パルス間基準でパルスエネルギー、エネルギー線量、及び波長を制御するためのフィードバック制御システムを用いて、出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域幅をモニタするためのビームモニタ。
【０００５】
１９８９年から２００１年までの間に、これらのレーザの出力電力は徐々に大きくなり、パルスエネルギー安定性、波長安定性、及び帯域幅に関するビーム品質仕様もますます厳しくなってきている。集積回路製造で広く使用されている一般のリソグラフィレーザモデルの作動パラメータとしては、８ｍＪのパルスエネルギー、２，５００パルス／秒のパルス繰返し率（最大約３０ワットまでの平均ビーム電力を供給）、約０．５ｐｍ（ＦＷＦＭ）の帯域幅、及び±０．３５パーセントでのパルスエネルギー安定性等を挙げることができる。
【０００６】
Ｆ2レーザ
Ｆ2レーザは公知である。これらのレーザは、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザと類似している。基本的な相違点は、Ｆ2レーザにおけるガス混合物がバッファガスとしてのヘリウム及び／又はネオンと一緒に僅かなＦ2が存在する点である。Ｆ2レーザの固有出力スペクトルは、狭帯域幅の２つのスペクトル線に集中し、比較的強いスペクトル線の中心は約１５７．６３ｎｍ、比較的弱いスペクトル線の中心は約１５７．５２ｎｍである。
【０００７】
Ｆ2レーザ帯域幅
典型的なＫｒＦレーザは、約２４８ｎｍを中心とした半値全幅（ＦＷＭＨ）で測定して約３００ｎｍの固有帯域幅を有し、リソグラフィ用であり、典型的に０．６ｎｍ未満の線幅狭小化が行われる（この特定の帯域幅内の値は別に示さないかぎり以下ではＦＷＭＨと呼ぶ）。ＡｒＦレーザは、約１９３ｎｍを中心とした半値全幅（ＦＷＭＨ）で測定して約５００ｎｍの固有帯域幅を有し、典型的に０．５ｎｍ未満に線幅狭小化される。これらのレーザは、前述の格子ベースの線幅狭小化モジュールを用いてこれらの固有帯域幅の大部分を比較的容易に遷移させることができる。前述のように、Ｆ2レーザは、典型的に、殆どのエネルギーが狭いスペクトル特徴部（本明細書では「スペクトル線」と呼ぶ場合もある）における約１５７．６３ｎｍ及び１５７．５２ｎｍに集中する。これらの２つのスペクトル特徴部の強度の低い方（即ち、１５７．５２ｎｍ線）は抑えられ、約１５７．６３ｎｍ線での作動が余儀なくされる。約１５７．６３ｎｍ線の固有帯域幅は、圧力及びガス含有量に依存し、０．６ｎｍから１．２ｎｍまで変わる（ＦＷＨＭ）。この範囲の帯域幅のＦ2レーザは、屈折型及び反射型光学部品を利用する反射屈折レンズ設計を用いてリソグラフィ装置に使用できるが、全反射型レンズ設計に関しては、レーザ光帯域幅は、所望の結果を得るために約０．１ｐｍまで低減する必要がある。
【０００８】
シード注入
放電ガスレーザ（エキシマレーザシステムを含む）の帯域幅を狭くするための公知の技術では、狭帯域「シード」光が利得媒質に注入される。このシステムの一例として、「主発振器」と呼ばれるシード光を生成するレーザは、第１の利得媒質内に超狭帯域光を与えるように設計されており、この超狭帯域光は、第２の利得媒質内でシード光として使用される。第２の利得媒質が電力増幅器として機能する場合、このシステムは、主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）システムと呼ぶ。第２の利得媒質自体が空洞共振器（レーザ発振を起こる）を有する場合、このシステムは、注入シード発振器（ＩＳＯ）システム又は主発振器電力発振器（ＭＯＰＯ）システムと呼び、この場合、シードレーザを主発振器と呼び、下流側システムを電力発振器と呼ぶ。２つの別個のシステムで構成されたレーザシステムは、同程度の単一室レーザシステムよりもかなり高価で、大型かつ複雑なものになる傾向がある。従って、これらの２室レーザシステムの商業的用途は限られる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第５，０２３，８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
波長及びパルスエネルギーを含む全てのビーム品質パラメータの正確な制御を可能にする、約４，０００パルス／秒以上の範囲の繰返し率での作動に適したパルス放電Ｆ2ガスレーザの良好なレーザ設計が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、約２０ワットから４０ワット又はそれ以上の総合出力を得るための、約４，０００Ｈｚ以上のパルス繰返し率及び約５ｍＪから１０ｍＪ又はそれ以上のパルスエネルギーにて高品質レーザ光を生成することができるシード光注入モジュール式放電ガスレーザシステムを提供する。２つの別個の放電室を備え、その１つは、第２の放電室で増幅される超狭帯域シード光を生成する主発振器の一部である。２つの放電室は別個に制御可能であり、主発振器内の波長パラメータの最適化、及び増幅室内のパルスエネルギーパラメータの最適化が可能である。好適な実施形態は、ＭＯＰＡとして構成されると共に、特に、集積回路リソグラフィの光源として使用されるように設計されたＦ2レーザシステムである。この好適な実施形態において、両放電室及びレーザ光学部品は、レーザ・エンクロージャ内の垂直光学テーブル上に取り付けられる。好適なＭＯＰＡ実施形態において、各々の放電室は、各パルス間で約０．２５ミリ秒未満の時間で放電領域から残渣を除去することによって、４０００Ｈｚ以上のパルス繰返し率での作動を可能にするのに十分なガス流を供給する単一の横流ファンを備える。主発振器は、最も強いスペクトル線を選択するための線幅選択パッケージを備える。また、この好適な実施形態は、リソグラフィ用光学部品の劣化速度を実質的に低減するために、電力増幅器からの各パルスを２つのパルス又は４つパルスのいずれかに分割するパルス増倍モジュールを含む。本発明の好適な実施形態は、「３波長プラットフォーム」を利用する。これには、２１世紀の初期に集積回路製造に実質的に使用されると予想される３つの形式の放電レーザシステム、即ち、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、及びＦ2レーザの各々に関して同一の、光学部品エンクロージャテーブル及び一般的な装置レイアウトが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の好適な実施形態
３波長プラットフォーム
第１の全体レイアウト
図１は、本発明の第１の好適な実施形態の斜視図である。この実施形態は、ＭＯＰＡレーザシステムとして構成されたシード光注入狭帯域Ｆ2レーザシステムである。特に、集積回路リソグラフィの光源として使用されるように設計されている。従来技術によるリソグラフィレーザと比較して本実施形態で例示する本発明の大きな改良点は、Ｆ2の１５７．６３ｎｍ波長光源への変換及びシード光注入、及び特に２つの別個の放電室を有する主発振器電力発振器（ＭＯＰＯ）構成を利用した点である。
【００１３】
この第１の好適な実施形態は、Ｆ2レーザシステムであるが、このシステムは、フッ素（Ｆ2）構成部品、クリプトン−フッ化物（ＫｒＦ）レーザ構成部品、又はアルゴン−フッ化物（ＡｒＦ）レーザ構成部品のいずれかに対応するように設計されるモジュール式プラットフォーム構成を利用するものである。このプラットフォーム設計によって、同じ基本キャビネット及びこれらの３つの形式のレーザのいずれかのレーザシステムモジュール及び構成部品の多くを使用できる。本出願人は、この３種類のレーザ設計では、ＫｒＦでは約２４８ｎｍ、ＡｒＦでは約１９３ｎｍ、及びＦ2では約１５７．６３ｎｍの波長のレーザ光を生成するので、このプラットフォームを「３波長プラットフォーム」と呼ぶ。また、このプラットフォームは、３種類の波長の各々におけるレーザシステムを全ての大手メーカーの最新式リソグラフィツールと互換性をもたせるためのインタフェース構成部品を使用して設計される。好適なＦ2生成オプションとしては以下のものを挙げることができる。
2005502208.tif 000003
【００１４】
この好適なレーザシステム２の主要構成部品は図１に特定されている。主要構成部品としては以下のものを挙げることができる。
（１）ＡＣ／ＤＣ電源装置モジュールを除くレーザの全てのモジュールを収容するように設計されたレーザシステムフレーム４、
（２）ＡＣ／ＤＣ高電圧電源装置モジュール６、
（３）毎秒４０００の充電パルスで約１０００ボルトまで２つの充電コンデンサバンクを充電するための空洞共振器モジュール７、
（４）各々が前述の充電コンデンサバンクの１つを備え、各々が充電コンデンサバンクに蓄積されたエネルギーから約１６，０００ボルトで約１μｓ持続時間の非常に短い高電圧電気パルスを形成するための整流器回路を備えている２つの整流器モジュール８Ａ及び８Ｂ、
（５）主発振器モジュール１０及び電力増幅器モジュール１２から構成されるフレーム４内に上下配置で取り付けられている２つの放電室モジュール。各々のモジュールは、放電室１０Ａ及び１２Ａと、放電室の上部に取り付けられている圧縮ヘッド１０Ｂ及び１２Ｂとを含む。圧縮ヘッドは、対応する電流増加を伴って、整流器モジュールからの電気パルスを約１μｓから約５０ｎｓまで圧縮する（時間に関して）。
（６）リアミラー１００及び線幅選択パッケージ１０Ｃを含む主発振器光学部品、
（７）光学部品、及びシード光を生成して電力増幅器へ導くと共にＭＯ出力電力をモニタするための計器を含む波面エンジニアリングボックス１４、
（８）波長モニタ、帯域幅モニタ、及びエネルギーモニタを含むビーム安定器モジュール１６、
（９）シャッタモジュール１８、
（１０）ガス制御モジュール２０、冷却水分配モジュール２２、及び換気モジュール２４が配置された補助キャビネット、
（１１）顧客インタフェースモジュール２６、
（１２）レーザ制御モジュール２８、
（１３）ステータスランプ３０。
【００１５】
多数の用途において、レーザシステムは、パルス持続時間を約１２ｎｓを越えて引伸ばすパルス伸張ユニット（図示せず）を含むことが好ましい。
【００１６】
Ｕ字形光学テーブル
図１の実施形態において、ＭＯ及びＰＡの光学部品は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、Ｕ字形光学テーブル上に取り付ける。Ｕ字形光学テーブルは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許第５，８６３，０１７号に説明されている方法で、レーザの基部に運動学的に取り付けられる。ＭＯ及びＰＡ放電室は、Ｕ字形光学テーブル上には取り付けられていないが、各々は、室２の下側フレームが支持するレール上の３つの車輪（一方側に２つ、他方側に１つ）によって支持される。（車輪及びレールは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許第６，１０９，５７４号に説明されているように配置されることが好ましい。）この配置により、光学部品は放電室に起因する振動から遮断される。
【００１７】
第２の全体レイアウト
図１Ｃに示す第２の全体レイアウトは、前述の第１の全体レイアウトと類似のものであるが、以下の特徴を含む。
（１）２つの放電室及びレーザ光学部品は、レーザキャビネット４内に（以下に説明するように）運動学的に取り付けられた垂直光学テーブル１１上に取り付けられる。２つの放電室は、光学テーブルにボルト留めされた剛性片持部の上に支持される。この設計では、主発振器１０は、電力増幅器１２の上方に取り付けられている。
（２）高電圧電源装置６Ｂは、レーザキャビネット４に収容されている。Ｆ2４０００Ｈｚの２つの放電室は、２つの１２００ボルト電源装置を必要とする。しかしながら、レーザキャビネットには、６０００ＨｚＦ2レーザシステムに必要となるであろう１つの追加高電圧電源装置のための空間が設けられている。
（３）２つのレーザ室の各々と、レーザ室用パルス電源装置とは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／８５４，０９７で説明されている４０００Ｈｚの単一室ＡｒＦレーザシステムで利用されるレーザ室及びパルス電源装置に非常に類似している。
（４）光学テーブル１１の後方に配置されているパルス増倍モジュール１３は、この実施形態に含まれており、電力増幅器から出るパルスの持続時間を長くするようになっている。
（５）線幅選択パッケージ１０Ｃの主発振器ビーム出力光学部品１４Ａは、ＭＯからの出力ビームを電力増幅器入力光学部品１４Ｃへ導き、電力増幅器１２Ｃを通る１つの経路を得るように導く。増幅器１２から出力された短パルス（約１２ｎｓ）、光学部品テーブル１１の背部に配置されたパルス伸張ユニット１３で引伸ばされる。パルス伸長器を含むレーザシステムを通るビームの全経路は、真空適合エンクロージャ（図示せず）内に密封され、エンクロージャは、窒素又はヘリウムでパージされる。
【００１８】
第３の全体レイアウト
図１Ｄは第３の全体レイアウトの各部分を示す。このレイアウトは、放電領域の長さが最初の２つの実施形態の放電領域の長さの約半分であるレーザ室を利用する本発明の実施形態に適合する。すなわち、放電領域の長さは、約５３ｃｍの典型的な長さに対して約２６．５ｃｍである。この場合、主発振器１０（１）の空洞共振器は、全反射ミラー１０Ｅと、ＬＳＰ１０Ｃの５つのプリズム線幅選択器に沿って配置されている出力カップラとの間の放電領域を通る２つの経路によって形成される。このレイアウトでは、ビームは、電力増幅器１２（１）を通る４つの経路を作る。ミラー１５Ａから反射した後の第１の経路は、（例えば、下半分において左から右に約１０ミリラジアンの所定角度の）角度をもつ電極と一致する所定角度で放電領域の下半分を通る。ミラー１５Ｂから反射した後の第２の経路は、上半分を約４°の角度の所定角度で右から左へ通る。２つのミラー１５Ｃから反射した後の第３の経路は、電極と位置合わせされて放電領域の上半分を通り、ミラー１５Ｃから反射した後の最後の経路は、電極と位置合わせされて放電領域の下半分を通る。この最後の経路は、電力増幅器出力ビームを確立する。この出力ビームは、ミラー１５Ｃを迂回し、ミラー（図示せず）によってパルス増倍装置（同様に図示せず）に導かれる。
【００１９】
前述の３つのレイアウトの各々は、大幅な設計変更をすることなく顧客の好みに対応する目的で、出力ビームがレーザ・エンクロージャの左側又はエンクロージャの右側から出るのを好適に可能にする。
【００２０】
前述のレイアウトの各々において、整流器及び圧縮ヘッドを統合して単一モジュールにすれば、多少性能を改善できる。本出願人は、どこかの構成部品が故障するとモジュール全体を交換する必要があるため、従来この組み合わせには抵抗してきた。しかしながら、本出願人の経験では、これらのユニットは非常に信頼性が高く、現在ではこの統合モジュールの実現は可能である。実際には、パルス電力装置の故障の２、３の原因の１つは、２つのモジュールを接続する電気ケーブルの故障であった。このケーブルは、統合モジュールでは必要ない。
【００２１】
前述の好適なレーザシステム及びモジュールの設計及び作動を以下に詳細に説明する。
【００２２】
主発振器
図１及び図１Ｃに示す主発振器１０は、多くの点において米国特許第５，０２３，８８４号及び米国特許第６，１２８，３２３号に説明されているような従来技術のＡｒＦレーザと類似しており、更に、レーザ室及び空洞共振器光学部品が１５７．６３ｎｍスペクトル範囲でのＦ2レーザ作動に適するように構成されていること以外は米国特許出願番号０９／８５４，０９７に説明されているＡｒＦレーザと類似している。また、出力パルスエネルギーは、約５ｍＪではなく約０．１ｍＪから１．０ｍＪである。しかしながら、４０００Ｈｚ以上での作動を可能にするために、米国特許第６，１２８，３２３号のレーザに比較して重要な改良が施されている。主発振器は、線幅制御を含むスペクトル性能が最大限に高められている。主発振器は、図１、図２、及び図３に示す放電室１０Ａを備え、放電室１０Ａには、各々長さ約５０ｃｍで、約１２ｍｍだけ離れている一対の細長い電極１０Ａ２及び１０Ａ３が配置されている。陽極１０Ａ４は、流れを形成する陽極支持ロッド１０Ａ６に取り付けられる。４つの別個のフィン付き水冷式熱交換器ユニット１０Ａ−８が設けられている。横流ファン１０Ａ１０は２つのモータ（図示せず）によって駆動され、電極間で速度約８０ｍ／ｓのレーザガス流を供給するようになっている。放電室は、レーザ光に対して約４７°に配置されたＣａＦ2窓を備える窓ユニット（図示せず）を含む。放電室の中心に取入れ口を有する静電フィルタユニットは、図２に１１で示すガス流の一部を濾過し、米国特許第５，３５９，６２０号（引用により本明細書に組み込まれている）で説明されている方法で清浄ガスを窓ユニットへ導いて、放電残渣を窓から隔離するようになっている。主発振器の利得領域は、この実施形態においては約０．５％Ｆ2、及び残りの部分のヘリウム又はヘリウムとネオンの混合物で構成されるレーザガスを介して各電極の間の放電によって形成される。ガス流は、次のパルスの前に各々の放電の残渣を放電領域から除去する。空洞共振器は、ＬＳＰ１０Ｃに配置されている出力カプラによって出力側に形成される。出力カプラは、ビーム方向に垂直に取り付けられ、１５７ｎｍの光の約５％を反射すると共に１５７ｎｍの光の約９５％を通過させるように、被覆なしＣａＦ2反射光学部品で構成される。空洞共振器の反対側の境界には、図１に示す全反射ミラー１００がある。線幅選択パッケージ１０Ｃについては、図１６を参照して以下に詳細に説明する。
【００２３】
好適な実施形態において、主発振器及び電力増幅器の主充電コンデンサバンクは、ジッタ問題を低減するために並列に充電される。このことは、２つのパルス電力システムのパルス圧縮回路のパルスの圧縮時間が充電コンデンサの充電レベルに依存するので望ましい。電力増幅器からのパルスエネルギー出力は、充電電圧の調整によってパルス間基準で制御されることが好ましい。これは主発振器のビームパラメータを制御するための電圧使用を若干制限する。しかしながら、レーザガス圧及びＦ2濃度は、広範なパルスエネルギーにわたる所望のビームパラメータを得るために簡単に制御できる。帯域幅は、Ｆ2濃度及びレーザガス圧の低下に伴って狭くなる。主発振器の場合、放電と消灯との間の時間はＦ2濃度の関数（１ｎｓ／ｋＰａ）なので、Ｆ2濃度はタイミングを変えるために変更できるが、これはレーザ光の他のパラメータを複雑にする場合があるので好ましくないであろう。
【００２４】
電力増幅器
３つの実施形態の各々における電力増幅器は、対応する主発振器放電室と同様のレーザ室で構成される。２つの別個のレーザ室をもつことで、波長及び帯域幅とは別に、パルスエネルギー及び一連のパルスによる統合エネルギー（線量と呼ぶ）を広範に制御できる。これにより、線量安定性が高くなる。全てのレーザ室の構成部品は同一であり、製造工程時に交換可能である。しかしながら、作動時、ＭＯのガス圧はＰＡのガス圧よりも好ましくは実質的に低い。また、本実施形態において、図１に示すように、電力増幅器の圧縮ヘッド１２Ｂは、圧縮ヘッド１０Ｂと実質的に同一であり、圧縮ヘッドの構成部品も製造時に交換可能である。１つの相違点は、圧縮ヘッド・コンデンサバンクのコンデンサが、ＰＡと比較して、ＭＯの場合の方が実質的に高いインダクタンスを生成するように広範囲にわたって配置できることである。また、ＰＡの電極間隔は約８ｍｍであることが好ましい（これに対してＭＯでは約１２ｍｍである）。パルス電力システムのレーザ室及び電気部品が実質的に同一なことは、ジッタ問題を最小限に抑えるように、パルス形成回路のタイミング特性を確実に同一に又は実質的に同一にするのを容易にする。
【００２５】
電力増幅器は、前述の図１及び図１Ｃの実施形態においては電力増幅器放電室の放電領域を通る１つのビーム経路が得られるように、また、前述の図１Ｄの実施形態においては４つの経路が得られるように構成される。図１の実施形態において、線幅選択は、ＬＳＰ１０Ｃにおいて図１６に示す５プリズム線幅選択器を用いて行われる。これらのＦ2レーザの利得はＫｒＦ又はＡｒＦレーザと比べて非常に高いので、線幅選択は、ＭＯの利得媒質の下流であることが好ましい。前述のように、線幅選択シード光は、ミラー１４Ａで上向きに反射され、電力僧服器を通って１パスだけ水平方向に反射される。充電電圧は、所望のパルス及び線量エネルギーを維持するようにパルス間基準で選択されることが好ましい。Ｆ2濃度及びレーザガス圧は、充電電圧の所望の作動電圧範囲が得られるように、増幅器で調整することができる。この所望範囲は、電圧によるエネルギーの変化がＦ2濃度及びレーザガス圧の関数なので、所望のｄＥ／ｄＶ値を生じるように選択できる。注入タイミングは充電電圧に基づくことが好ましい。注入回数は、比較的一定のレーザ室の状態に保つために多いことが好ましく、連続的又はほぼ連続的とすることができる。これらの実施形態の特定のユーザは、各Ｆ2注入の間の長い時間（２時間といった）を選ぶであろう。
【００２６】
パルス電力回路
図１、図１Ｃ、及び図１Ｄに示す好適な実施形態において、基本的なパルス電力回路は、従来技術によるリソグラフィ用エキシマレーザ光源のパルス電力回路と類似のものである。しかしながら、充電コンデンサの下流側の別個のパルス電力回路が各々の放電室に対して設けられている。単一の共振充電器は、並列に接続された２つの充電コンデンサバンクを充電することが好ましく、両方の充電コンデンサバンクが正確に同じ電圧に確実に充電されるようになっている。また、パルス電力回路の構成部品の温度を調整するために重要な改良が行われている。好適な実施形態において、２つの室における相対的な放電タイミングを調整するために、可飽和インダクタの磁気コアの温度がモニタされ、温度信号がフィードバック回路で利用される。図５Ａ及び図５Ｂは、ＭＯに使用される好適な基本パルス電力回路の重要な部品を示す。同じ基本回路がＰＡにも使用される。
【００２７】
共振充電器
図５Ｂは、好適な共振充電器システムを示す。主要な回路要素は以下の通りである。
Ｉ１：一定の直流電流出力の３相電源装置３００、
Ｃ−１：既存のＣ0コンデンサ４２より１桁又はそれ以上大きなソースコンデンサ３０２、
Ｑ１、Ｑ２、及びＱ３：Ｃ0の調整電圧を充電及び維持する電流を制御するスイッチ、
Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３：電流を単一の方向へ流す、
Ｒ１及びＲ２：制御回路への電圧フィードバックをもたらす、
Ｒ３：僅かな過充電が生じた場合にＣ0の電圧の急速放電を可能にする、
Ｌ１：電流の流れ及び設定充電移動タイミングを制限するＣ−１コンデンサ３０２とＣ0コンデンサバンク４２との間の共振インダクタ、
制御ボード３０４：回路フィードバックパラメータに基づいてＱ１、Ｑ２、Ｑ３の開閉を指令する。
【００２８】
この回路には、Ｄｅ−Ｑｉｎｇスイッチとして知られているスイッチＱ２及びダイオードＱ３を含む。このスイッチは、制御ユニットが共振充電中にインダクタを短絡できるようにすることによって回路調整を改善する。この「Ｄｅ−Ｑｉｎｇ」は、充電インダクタの電流に蓄えられた余分のエネルギーがコンデンサＣ0Ｌ１へ移動するのを防止する。
【００２９】
レーザパルスが必要となる前に、Ｃ−１上の電圧が６００ボルトから８００ボルトに充電され、スイッチＱ１−Ｑ３が開く。レーザからの指令でＱ１は閉じる。この時点で、電流は、充電インダクタＬ１を経由してＣ−１からＣ0へ流れる。前述のように、制御ボードの計算機は、レーザからの指令電圧設定値に対してＣ0の電圧及びＬ１へ流れる電流を評価する。Ｑ１は、Ｃ0コンデンサバンク上の電圧とインダクタＬ１に蓄積された等価エネルギーとを加えたものが所望の指令電圧と等しい場合に開く。計算式は以下の通りである。
Ｖf＝［ＶC0S2＋（Ｌ1＊ＩLIS2）／Ｃ0］0.5
ここで、
Ｖf＝Ｑ１が開きＬ１の電流がゼロになった後のＣ0電圧、
ＶC0S＝Ｑ１が開いたときのＣ0電圧
ＩLIS＝Ｑ１が開いたときのＬ２電流
【００３０】
Ｑ１が開いた後、Ｌ１に蓄積されたエネルギーは、Ｄ２を経由してＣ0コンデンサバンクへ移動し始め、Ｃ0コンデンサバンク上の電圧が指令電圧とほぼ等しくなるまで続く。この時点でＱ２は閉じ、Ｃ0へ電流が流れなくなり、電流はＤ３を経由して流れる。「Ｄｅ−Ｑｉｎｇ」回路に加えて、ブリードダウン回路のＱ３及びＲ３は、Ｃ0電圧の追加の微調整を可能にする。
【００３１】
ブリードダウン回路２１６のスイッチＱ３は、インダクタＬ１を流れる電流が停止したとき制御ボードから閉じるように指令を受け、Ｃ0電圧が所望の制御電圧２へブリードダウンされ、その後、スイッチＱ３が開く。コンデンデＣ0及び抵抗器Ｒ３の時定数は、全充電サイクルが大きくなることなく、コンデンサＣ0を指令電圧へブリードダウンするほど早いことが必要である。
【００３２】
結果的に、共振充電器は、３つのレベルの調整制御を設定できる。多少粗い調整は、充電サイクル中にエネルギー計算機、及びスイッチＱ１が開くことによってもたらされる。Ｃ0コンデンサバンクの電圧が目標値に近づくとＤｅ−Ｑｉｎｇスイッチが閉じ、Ｃ0の電圧が目標値になるか又は僅かに目標値を越えると共振充電は停止する。好適な実施形態において、スイッチＱ１及びＤｅ−Ｑｉｎｇスイッチは、±０．１％よりも高い精度で調整を行うために使用される。追加の調整が必要な場合、電圧調整に関する第３の制御を利用できる。これは、Ｃ0を正確な目標値まで放電するためのスイッチＱ３及びＲ３のブリードダウン回路（図５Ｂでは２１６）である。
【００３３】
Ｃ0の下流側の改良
前述のように、本発明のＭＯ及びＰＡのパルス電力システムの各々は、従来技術のシステムで使用されたのと同じ基本設計（図５Ａ）を利用する。しかしながら、その基本設計における幾つかの重要な改良は、非常に高くなった繰返し率に起因する約３倍の熱負荷に求められるものであった。以下にこれらの改良点を説明する。
【００３４】
整流器及び圧縮ヘッドの詳細な説明
以下に整流器及び圧縮ヘッド製造の詳細を説明する。
【００３５】
半導体スイッチ
半導体スイッチ４６は、米国ペンシルバニア州ヤングウッド所在のＰｏｗｅｒｅｘ社から供給されるＰ／ＮＣＭ８００  ＨＡ−３４Ｈ  ＩＧＢＴスイッチである。好適な実施形態において、２つのスイッチは並列に使用される。
【００３６】
インダクタ
インダクタ４８、５４、及び６４は、米国特許第５，４４８，５８０号及び米国特許第５，３１５，６１１号に説明されているような従来技術のシステムで使用されたものと類似の可飽和インダクタである。図６は、Ｌ0インダクタ４８の好適な設計を示す。このインダクタにおいて、２つのＩＧＢＴスイッチ４６Ｂからの４本の導線は１６個のフェライトトロイド４９を通り、内径が約１インチで外径が約１．５インチの高透磁性材料の長さ８インチの中空円筒の部品４８Ａを形成する。次に、４本の導線の各々は、ドーナツ形絶縁コアの回りに２度巻かれて部品４８Ｂを形成する。次に、４本の導線は、Ｃ１コンデンサバンク５２の高電圧側に接続されたプレートに接続される。
【００３７】
図８は可飽和インダクタ５４の好適な概略図を示す。この場合、インダクタは単巻回形状であり、全て高電圧である組立体の上部及び下部リッド５４１、５４２及び中央マンドレル５４３が、インダクタの磁気コアを貫通して単巻回を形成する。外側ハウジング５４５は接地電位である。磁気コアは、米国ペンシルバニア州バトラ所在のＭａｇｎｅｔｉｃｓ社から、又は米国カリフォルニア州アデラント所在のＮａｔｉｏｎａｌ  Ａｒｎｏｌｄ社から供給される、５０−５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金の厚さ０．０００５インチのテープ巻きである。インダクタハウジングのフィン５４６は、内部的に放散された熱を強制空冷装置へ伝導するのを助長する。更に、セラミック製ディスク（図示せず）は、組立体の中央部からモジュールシャーシ底板への熱伝導を助長するためにリアクタの下部リッドの下に取り付けられる。また、図８は、Ｃ１コンデンサバンク５２のコンデンサの１つ、及び１：２５の昇圧パルス変成器５６の誘導ユニットの１つの高電圧リード線への高電圧接続部を示す。ハウジング５４５は、ユニット５６の接地リード線に接続される。
【００３８】
図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ可飽和インダクタ６４の平面図及び断面図を示す。この実施形態のインダクタにおいて、図９Ｂに示すように、インダクタの漏洩磁束を低減するために、磁束遮断金属ピース３０１、３０２、３０３、及び３０４が追加されている。磁束遮断金属ピースは、磁束が貫通できる区域を実質的に減らすので、インダクタの飽和インダクタンスを最小にするのに役立つ。電流は、磁気コア３０７の回りにインダクタ組立体の垂直導体ロッドを通る５つのループを作る。図９Ａに示すように、電流は、３０５で入り、符号「１」を付与した中央の大径導体を下り、同様に符号「１」を付与した円周部の６つの小径導体を上る。その後、電流は、内側の符号「２」を付与した２つの導体を下り、外側の符号「２」を付与した６つの導体を上り、その後、内側の磁束遮断金属を下り、外側の符号「３」を付与した６つの導体を上り、内側の符号「３」を付与した２つの導体を下り、その後、外側の符号「４」を付与した６つの導体を上り、内側の符号「４」を付与した導体を下る。磁束遮断金属部品は、導体を横切る全パルス電圧の半分に保持されるので、磁束遮断金属部と別の巻回の金属ロッドとの間の安全な分離空間を低減できる。磁気コア３０７は、米国ペンシルバニア州バトラ所在のＭａｇｎｅｔｉｃｓ社、又は米国カリフォルニア州アデラント所在のＮａｔｉｏｎａｌ  Ａｒｎｏｌｄ社から供給された、８０％−２０％のＮｉ−Ｆｅ合金の厚さ０．０００５インチのテープを巻きによって形成された３つのコイル３０７Ａ、３０７Ｂ、及び３０７Ｃで構成されている。ドイツ国ＶＡＣＵＵＭ  ＳＣＨＩＴＥＬＺＥ  ＧｍｂＨから市販されているＶＩＴＲＯＰＥＲＭ（登録商標）や日本国の日立金属から市販されているＦＩＮＥＭＥＴ（登録商標）等のナノ結晶材料をインダクタ５４及び６４に使用できることに留意されたい。従来技術のパルス電力システムにおいて、電気部品からのオイル漏れは潜在的な問題であった。この好適な実施形態において、オイルから隔離された構成部品は可飽和インダクタに限定されている。更に、図９Ｂに示すように、可飽和インダクタ６４は、オイル漏れの可能性を実質的に無くすために全てのシール接続部がオイルレベルより上方に位置するポット形式のオイル収容ハウジング内に収容される。例えば、図９Ｂにはインダクタ６４の最下部のシールが３０８で示されている。通常のオイルレベルは、ハウジング３０６の上端リップよりも下方にあるので、ハウジングが直立状態に保たれている限り、オイルが組立体から漏れ出すことはほとんど不可能である。
【００３９】
コンデンサ
図５に示すように、コンデンサバンク４２、５２、６２、及び８２（即ち、Ｃ0、Ｃ1、Ｃp-1、及びＣp）の全ては、並列に接続された規格品のコンデンサバンクで構成される。コンデンサ４２及び５２は、米国ノースカロライナ州ステーツヴィル又はドイツ国ウィマ所在のＶｉｓｈａｙ  Ｒｏｅｄｅｒｓｔｅｉｎ社等の供給業者から市販されているフィルム形コンデンサである。本出願人が選択したコンデンサ及びインダクタの接続方法は、米国特許第５，４４８，５８０号に説明されているものと同じ方法で、大径のニッケル被覆銅線を有する、特別なプリント回路基板上のプラス及びマイナス端子に半田付けすることである。コンデンサバンク６２及び６４は、一般的に、日本のムラタ又はティー・ディー・ケー（ＴＤＫ）等から供給される高電圧セラミック製コンデンサの並列アレイで構成される。このＡｒＦレーザに使用される好適な実施形態において、コンデンサバンク８２（即ち、Ｃp）は、９．９ｎＦの静電容量が得られるように３３個の０．３ｎＦコンデンサで構成され、Ｃp-1は、総静電容量９．６ｎＦが得られるように２４個の０．４０ｎＦコンデンサバンクで構成され、Ｃ1は５．７μＦのコンデンサバンクであり、Ｃ0は５．３μＦのコンデンサバンクである。
【００４０】
パルス変成器
また、パルス変成器５６は、米国特許第５，４４８，５８０号及び米国特許第５，３１３，４８１号に説明されているパルス変成器と類似のものである。しかしながら、本実施形態のパルス変成器は、単巻きの２次巻線と、１：２４の等価昇圧比が得られるように単一主巻回の１／２４に等価な２４個の誘導ユニットのみを有する。図１０はパルス変成器５６を示す。２４個の誘導ユニットの各々は、図１０の下縁部に沿って示すように、プリント回路基板５６Ｂ上のプラス端子及びマイナス端子にボルト留めされている２つのフランジ（各々がねじ切りされたボルト穴を備える平坦な端部を有する）をもつアルミニウム製スプール５６Ａを含む。（マイナス端子は、２４の主巻線の高電圧端子である。）絶縁体５６Ｃは、各スプールのプラス端子を隣接スプールのマイナス端子から絶縁する。スプールの各フランジの間には、外径０．８７５、壁厚約１／３２インチを有する１と１／１６インチ長の中空円筒がある。スプールは、１インチ幅、０．７ミル厚のＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５  Ｓ３Ａで巻かれ、絶縁されたＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）の巻きの外径が２．２４インチになるまで０．１ミル厚のマイラフィルムで巻かれている。図１０Ａは、１つの主巻線を形成する単一巻きのスプールの予想図を示す。
【００４１】
変成器の二次側は、きつく嵌入しているＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））の絶縁管内に取り付けられた単一外径のステンレス鋼ロッドである。巻線は、図１０に示すように４つの区域になっている。図１０において５６Ｄとして示すステンレス鋼２次側の低電圧端は、５６Ｅにてプリント回路基板５６Ｂ上の１次ＨＶリード線に接続され、高電圧端子は５６Ｆで示す。結果として、変成器は、自動変成器の形態を呈し、昇圧比は、１：２４ではなく１：２５になる。従って、誘導ユニットのプラス及びマイナス端子間の約−１４００ボルトのパルスは、２次側の端子５６Ｆでは約−３５，０００ボルトのパルスを生じる。この単一巻回２次巻線設計は、超低漏洩インダクタンスをもたらし、非常に高速な出力立ち上がり時間を可能とする。
【００４２】
レーザ室電気部品の詳細
Ｃｐコンデンサ８２は、レーザ室圧力容器の上部に取り付けられた３３個の０．３ｎｆコンデンサで構成される。（一般的に、ＡｒＦレーザは、３．５％アルゴン、０．１％フッ素、及び残りはネオンで構成されるレーザ発振用ガスで作動される）。各電極は、長さ約２８インチであり、各々は、約０．５インチから１．０インチ、好ましくは約１／８インチだけ離間している。以下に好適な電極を説明する。この実施形態において、上部電極は陰極であり、下部電極は図５に示すように接地に接続されており陽極である。
【００４３】
放電タイミング
ＡｒＦ放電レーザ、ＫｒＦ放電レーザ、及びＦ2放電レーザにおいて、充電は、約５０ｎｓ（即ち、５０／１０億・秒）しか持続しない。この充電によってレーザ発振作用に必要な反転分布が生成されるが、この反転分布は放電中にのみ存在する。従って、シード光注入ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、又はＦ2レーザの重要な要件は、分布がレーザガス内で反転された際に、主発振器からのシード光を、約５０／１０億・秒の間に電力増幅器の放電領域を確実に通過させてシード光を増幅できるようにすることである。放電の正確なタイミングに対する大きな障壁は、（図５に図示するように）スイッチ４２を閉じるためにトリガされる時間と４０ｎｓから５０ｎｓしか持続されない放電の開始との間に約５マイクロ秒の遅延があることである。パルスがＣ0と各電極との間の回路を通ってリンギングするのに、この約５マイクロ秒の時間間隔が必要とされる。この時間間隔は、充電電圧の大きさ及び回路内のインダクタの温度でかなり変化する。
【００４４】
それにも拘わらず、本明細書で説明する本発明の好適な実施形態では、本出願人は、約２ｎｓ（即ち、２／１０億・秒）未満の相対精度内で２つの放電室の放電タイミング制御を行うことができる電気パルス電力回路を開発した。２つの回路のブロック図を図４に示す。
【００４５】
本出願人は、充電電圧によりタイミングが約５ｎｓ／ボルトから１０ｎｓ／ボルトの範囲で変化することを示す種々の試験を行なった。これによって、充電コンデンサを充電する高電圧電源装置の精度及び繰返し率に関する厳しい要件が設定される。例えば、５ｎｓのタイミング制御が望まれる場合、１０ｎｍ／ボルトのシフト感度であれば、分解精度は０．５ボルトになる。１０００ｖの公称充電電圧の場合、これは０．０５％の充電精度を必要とすることになるが、特にコンデンサをこの特定の値４０００回／秒で充電する必要がある場合には、この充電精度を実現するのは非常に困難である。
【００４６】
この問題に対する出願人の好適な解決策は、図１及び図４に示し更に前述したように、単一の共振充電器でＭＯ及びＰＡの両充電コンデンサを並列に充電することである。また、図４に示すように、時間遅延：充電電圧の各曲線が一致するように、２つのシステムに対して２パルス圧縮／増幅回路を設計することが重要である。これは、各回路に同じ構成部品を可能な限り使用することによって最も簡単に行うことができる。
【００４７】
従って、この好適な実施形態において、タイミング変動（この変動をジッタという）を最小限に抑えるために、出願人は、類似の構成部品を使用して両放電室のパルス電力部品を設計し、図４Ａに示すように、時間遅延：電圧の曲線の各々が実際に再現されるのを確認した。出願人は、充電電圧の通常の作動範囲にわたって、電圧によるかなりの時間遅延の変動があるが、電圧による変動が、両回路のついては実質的に同じであることを確認した。従って、両充電コンデンサが並列に充電される状態では、充電電圧は、充電の相対的なタイミングを変えることなく、広い作動範囲にわたって変えることができる。
【００４８】
温度の変動は、パルス圧縮タイミングに影響を与える場合があるので（特に可飽和インダクタの温度変化）、パルス電力回路における電気部品の温度制御も重要である。従って、設計目標は、温度変動を最小限に抑えることであり、第２のアプローチは、温度感応部品の温度をモニタし、フィードバック制御を用いてトリガタイミングを調整して補償することである。既知の作動履歴を用いて、過去のタイミング変動に関連する履歴データに基づいて調整を行うように学習アルゴリズムでプログラムされたプロセッサを用いて制御を行うことができる。その後、この履歴データは、レーザシステムの現在の作動に基づいてタイミング変化を予想するために利用される。
【００４９】
トリガ制御
２つの室の各々の放電のトリガは、各回路について米国特許第６，０１６，３２５号に説明されているものの１つのトリガ回路を利用して別個に達成される。これらの回路では、充電電圧の変動及びパルス電力部の電気部品の温度変化を補正するためのタイミング遅延が追加されることにより、トリガと放電との間の時間が可能な限り一定に保たれる。前述のように、２つの回路は基本的に同一であり、補正後の変動はほとんど同じである（即ち、互いに約２ｎｓ以内）。
【００５０】
図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅに示すように、この好適な実施形態の性能は、主発振器の放電後の約４０ｎｓから５０ｎｓに電力増幅器に放電が発生した場合には大幅に高められる。これは、レーザパルスが主発振器で生成されるのに数ナノ秒掛かり、レーザ光の先端が主発振器から増幅器へ到達するのに更に数ナノ秒掛かるからであり、更に、主発振器からのレーザ光の後端は前端よりもはるかに狭い帯域幅であるからである。このような理由から、各室のスイッチ４６をトリガするために別個のトリガ信号が供給される。図６Ｃ、図６Ｄ、及び、図６Ｅに示すような実際の性能曲線に基づいて、実際の遅延は、所望のビーム品質を達成するように選択される。例えば、ＭＯトリガとＰＡトリガとの間の遅延を大きくすると、パルスエネルギーを犠牲にして、より狭い帯域でより長いパルスを得ることができることに留意されたい。
【００５１】
放電タイミングを制御する他の方法
放電の相対的なタイミングは、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅのグラフに示すようなビーム品質に大きな影響を与えるので、付加される段階が、放電タイミングを制御に対して正しいと判定できる。例えば、特定のレーザ作動モードは、結果的に充電電圧の大きな変動又はインダクタ温度の大きな変動をもたらす場合がある。これらの大きな変動は、放電タイミングの制御を複雑にする場合がある。
【００５２】
モニタタイミング
放電のタイミングは、パルス間基準でモニタすることができ、時間差は、フィードバック制御システムで使用してスイッチ４２を閉じるトリガ信号のタイミングを調整することができる。ＰＡでレーザ光が生成されない場合にはタイミングが不十分になる可能性があるので、レーザパルスではなくて放電蛍光（ＡＳＥという）を観察するために、ＰＡ放電はフォトセルを用いてモニタするのが好ましい。ＭＯの場合にはＡＳＥ又はシードレーザパルスのいずれかを使用できる。
【００５３】
バイアス電圧の調整
図５に示すように、パルスタイミングは、インダクタ４８、５４、及び６４のバイアスをもたらすインダクタＬB1、ＬB2、及びＬB3を通るバイアス電流を調整することによって増減することができる。他の方法を用いてこれらのインダクタを飽和させるのに必要な時間を長くすることができる。例えば、コア材料は、パルスタイミングモニタからのフィードバック信号に基づいてフィードバック制御することができる超高速応答ＰＺＴ素子で機械的に分離することができる。
【００５４】
調整可能な寄生負荷
調整可能な寄生負荷は、Ｃ０の下流のパルス電力回路のいずれか一方又は両方に追加することができる。
【００５５】
追加のフィードバック制御
パルスタイミングモニタ信号の他に充電電圧及びインダクタ温度信号をフィードバック制御に使用して、前述のトリガタイミングの調整に加えて前述のバイアス電圧又はコアの機械的な分離を調整することができる。
【００５６】
バースト式作動
タイミングのフィードバック制御は、レーザが連続的に作動している場合は比較的簡単で有効である。しかしながら、通常、リソグラフィレーザは、多くのウェーハの各々の２０の区域を処理するために、以下なようなバーストモードで作動する。
ウェーハを所定の位置に移動させるために１分間オフ
区域１を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域２に移動するために０．３秒間オフ
区域２を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域３に移動するために０．３秒間オフ
区域３を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
・・・
区域１９９を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域２００に移動するために０．３秒間オフ
区域２００を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
ウェーハを交換するために１分間オフ
次のウェーハ上に区域１を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ等。
【００５７】
このプロセスは、何時間も繰り返すことができるが、１分間以上随時中断される。
【００５８】
停止時間の長さは、ＭＯ及びＰＡの各パルス電力システムの間の相対的なタイミングに影響を与えることになり、ＭＯからのシード光が所望の位置にある場合にＰＡの放電を確実に発生するようにトリガ制御の調整を必要とする場合がある。放電及び各室からの光のタイミングをモニタすることによって、レーザシステムのオペレータは、最良の性能を得るようにトリガタイミングを調整できる（約２ｎｓ以内まで正確に）。
【００５９】
レーザ制御プロセッサは、タイミング及びビーム品質をモニタして最良の性能が得られるように、自動的にタイミングを調整するようプログラムされることが好ましい。本発明の好適な実施形態は、種々の作動モードセットに適用可能な種々のビン値セットを生成するタイミングアルゴリズムを利用する。これらのアルゴリズムは、好適な実施形態において、連続運転中にフィードバック制御へ切り替わるように設計され、ここでは１つ又はそれ以上の先行パルス（直前のパルスなど）のために収集されたフィードバックデータに基づいて最新パルスに関するタイミング値が設定される。
【００６０】
無出力放電
前述のようなタイミングアルゴリズムは、連続的又は規則的に繰返される運転に関しては良好に作動する。しかしながら、タイミング精度は、例えば５分といった例外的な期間にわたるレーザオフの後の第１のパルス等の、例外的な状況では良好に作動しない場合がある。特定の状況において、バーストの最初の１つ又は２つのパルスに対する不正確なタイミングは問題を引き起こさないであろう。好適な方法は、１つ又は２つのパルスに対してＭＯ及びＰＡの放電が意図的にシーケンスを外れるようにレーザをプログラムして、ＭＯからのシード光の増幅をできないようにすることである。例えば、レーザは、ＭＯのトリガの前に８０ｎｓだけＰＡの放電をトリガするようプログラムできる。この場合、レーザからの実質的な出力はないであろうが、レーザ測定センサは、第１の出力パルスに対するタイミングパラメータが正確であるようにタイミングパラメータを決定できる。もしくは、ＭＯは、ＰＡに対して十分に早くトリガすることができるので、ＭＯは、ＰＡ放電の前にＰＡを通過することができる。図４Ｄ、図４Ｄ１、図４Ｅ、及び図４Ｅは、この方法に使用できる制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【００６１】
構成部品の水冷
大きい熱負荷に対応し、４ＫＨｚ又はそれ以上のパルス速度での作動をサポートするために、レーザキャビネット内部で冷却ファンによって行われる通常の強制空冷に加え、パルス電力部品の水冷が行われる。
【００６２】
水冷式の１つの欠点は、従来、電気部品又は高電圧配線付近の漏れが生じる可能性がある点であった。この特定の実施形態では、構成部品を冷却するためにモジュール内に蓄積された熱の大部分を常に分散するモジュール内部に道順が決められた単一の中実冷却管を利用することによって実質的にその潜在的な問題が回避される。モジュールエンクロージャ内部には継手や接続部はなく、更に、冷却管は、連続した中実金属（例えば、銅、ステンレス鋼）片であることから、モジュール内で発生する漏れの可能性は大幅に低減される。従って、冷却水とモジュールとの接続は、組立体の板金製エンクロージャの外部で行われ、冷却管は、クイック脱着式コネクタと結合する。
【００６３】
可飽和インダクタ
整流器モジュールの場合、図１１に示すように、水冷式可飽和インダクタ５４Ａが設けられ、水冷式可飽和インダクタ５４Ａは、図１１に示すようなフィン５４が水冷式ジャケットに置き換えられた点を除き、図８に示すインダクタ５４と類似したものである。冷却ライン５４Ａ２は、ジャケット５４Ａ１を包み込むと共にＩＧＢＴスイッチ及び直列ダイオードが取り付けられるアルミニウム製の底板を貫通するように、モジュール内に配置される。これら３つの構成部品は、モジュール内の電力分散の大部分を行う。また、熱を放散する他の部品（スナバダイオード及び抵抗器、コンデンサ等）は、モジュール後部の２つのファンによって行われる強制空気によって冷却される。
【００６４】
ジャケット５４Ａ１は接地電位に保持されることから、冷却管を反応器ハウジングに直接取り付ける際には電圧絶縁の問題はない。これは、冷却管を５４ａ３に示すハウジング外側のアリ溝に圧入すると共に、冷却管とハウジングとの間の良好な熱接触を促進する熱伝導性コンパウンドを使用することによって行われる。
【００６５】
高電圧部品の冷却
各ＩＧＢＴスイッチは、高電圧で「フロートする」が、１／１６インチ厚アルミニウム板によってスイッチから電気絶縁されたアルミニウム製基部に取り付けられる。放熱板として機能すると共に接地電位で作動するアルミニウム製底板は、冷却回路では高電圧絶縁が必要ないので冷却が容易である。
【００６６】
図７は水冷アルミニウム製底板を示す。この場合、冷却管は、ＩＧＢＴが取り付けられているアルミニウム製基部の溝に圧入される。インダクタ５４ａの場合と同様に、管と底板との全体的な結合を改善するために熱伝導性コンパウンドが使用される。
【００６７】
また、直列ダイオードは、通常の作動中に高電位で「フロートする」。この場合、この設計で一般に使用されるダイオードハウジングは、高電圧絶縁されない。この必要な絶縁を行うために、ダイオード「ホッケーパック型」パッケージが放熱板組立体内部に取り付けられでクランプされ、次に、放熱板組立体がセラミック製基部上に取り付けら、次に、セラミック製基部が水冷式アルミニウム製底板上に取り付けられる。セラミック製基部は、必要な電気絶縁を行うのに適切な厚みであるが、必要以上の熱的インピーダンスとなる程には厚くない。この特定の設計では、セラミックは、１／１６インチ厚のアルミナ製であるが、ダイオード接合部と冷却水との間の熱的インピーダンスを更に低減するために、ベリリア等の他の特殊な材料を使用することもできる。
【００６８】
水冷整流器の第２の実施形態は、ＩＧＢＴ及びダイオード用シャーシ底板に取り付けられる単一の冷却板組立体を使用する。冷却板は、単品のニッケル管を２枚のアルミニウム製「上部」板及び「下部」板にろう付けすることによって製造することができる。前述のように、ＩＧＢＴ及びダイオードは、前述のセラミック製ディスクを組立体の下方に使用して、冷却板へ熱を伝達するように設計される。また、本発明の好適な実施形態において、冷却板の冷却方法は、共振充電器のＩＧＢＴ及びダイオードを冷却するのに使用される。また、外部ハウジングからシャーシ板へ熱を伝達するために伝熱ロッド又はヒートパイプを使用することができる。
【００６９】
圧縮ヘッドの詳細な説明
水冷式圧縮ヘッドは、電気的設計において従来技術の空冷式と類似する（反応器の設計では同型セラミック製コンデンサが使用され、類似の材料が使用される）。この場合の主な相違点は、このモジュールがより高い繰返し率で作動し、従って、より高い平均電力で作動する必要がある点である。圧縮ヘッドモジュールの場合、熱の大部分は、変更された可飽和インダクタ６４Ａ内で放散される。ハウジング全体が非常に高い電圧の短パルスで作動することから、部分組立体の冷却は簡単ではない。図１２、図１２Ａ、及び図１２Ｂに示すこの問題の解決策は、ハウジングを接地電位から誘導的に絶縁することである。このインダクタンスは、フェライト磁気コアを含む２つの円筒外形の回りに冷却管を巻きつけることによってもたらされる。図１２、図１２Ａ、及び図１２Ｂに示すように、入力冷却ライン及び出力冷却ラインの両方は、２つの円筒部と２つのフェライトブロックで形成されたフェライト磁気コアの円筒部の回りに巻かれている。
【００７０】
フェライト片は、米国ニュージャージー州フェアフィールドのＣｅｒａｍｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ社製造のＣＮ−２０材料で作られる。単品の銅管（０．１８７インチ径）は、インダクタ６４Ａのハウジング６４Ａ１の回りの一方の巻型上に圧入されて巻かれると共に、他方の巻型上にも圧入されて巻かれる。冷却管結合部がシャーシ内に存在しないように、銅管の両端部には圧縮ヘッドの板金製カバー内の取り付け具を貫通して延びることができる十分な長をもつ。
【００７１】
インダクタ６４Ａは、水冷式整流器の第１段階の反応器ハウジングで使用されるものと類似の符号６４Ａ２で示すアリ溝を備える。このハウジングは、アリ溝を除いては前述の空冷バージョンとほとんど同じである。ハウジングと冷却水管材との良好な熱結合を行うために、水冷式銅管はこの溝に圧入される。また、熱伝導性コンパウンドは、熱的インピーダンスを最小限に抑えるために追加されている。
【００７２】
インダクタ６４Ａの電気的設計は、図９Ａ及び図９Ｂに示す符号６４のものから若干変更されている。インダクタ６４Ａは、（３巻きではなく）テープによる４巻きの磁気コア６４Ａ３の回りに、（５つのループではなく）２つのループのみが形成されている。
【００７３】
水冷式管の出力電位から接地電位までの導電経路によって、バイアス電流回路は若干異なっている。前述と同様に、バイアス電流は、整流器のＤＣ−ＤＣ変換器にケーブルを介して圧縮ヘッドに供給される。電流は、「正の」バイアスインダクタＬＢ２を通り、Ｃｐ−１電圧ノードに接続される。次に、電流は分離され、一部がＨＶケーブルを介して整流器へ戻る（変成器の２次巻線を通って接地され、ＤＣ−ＤＣ変換器に戻る）。他の電流は、圧縮ヘッド反応器Ｌｐ−１を通り（磁気スイッチをバイアスするため）、次に、冷却水管の「負の」バイアスインダクタＬＢ３を通って接地しＤＣ−ＤＣ変換器に戻る。各区間での抵抗のバランスをとることによって、設計者は、圧縮ヘッド反応器及び整流器変成器の両方で使用可能な十分なバイアス電流を確保することができる。
【００７４】
「正の」バイアスインダクタのＬB2は、「負の」バイアスインダクタＬB3と極めて類似したものとされる。この場合、同じフェライトロッド及びブロックは、磁気コアとして使用される。しかしながら、２つの０．１２５インチ厚のプラスチック製スペーサを使用して、磁気コアがＤＣ電流で飽和しないように磁気回路内にエアギャップを形成する。インダクタに冷却水管を巻く代わりに、巻型の回りに１８ＡＷＧテフロン線が巻かれる。
【００７５】
クイック接続
この好適な実施形態において、３つのパルス電力電気モジュールはブラインド係合式の電気接続を利用するので、レーザシステムの各部への全ての電気接続はモジュールをレーザキャビネット内の所定位置にスライドさせるだけで行うことができる。これらのモジュールは、交流配電モジュール、電源モジュール、及び共振充電器モジュールである。それぞれの場合において、モジュール上の雄又は雌プラグは、キャビネット後部に取り付けられた雌又は雄プラグと係合する。それぞれの場合において、モジュール上の２つの約３インチ端部テーパピンは、電気プラグが適切に契合するように、モジュールを正確な所定位置に案内する。米国ペンシルバニア州ハリスバーグ所在のＡＭＰ社から、ＡＭＰモデル番号１９４２４２−１等のブラインド係合式コネクタが市販されている。この実施形態において、コネクタは、交流２０８ボルト、交流４００ボルト、直流１０００ボルト（電源出力、共振充電器入力）及び幾つかの信号電圧等の各種電力回路用である。これらのブラインド係合接続によって、これらのモジュールは点検及び交換のために数秒又は数分で取り外すことができる。ブラインド係合接続は、モジュールの出力電圧が２０ボルトから３０，０００ボルトの範囲である整流器モジュールには使用されない。その代わりに、一般的な高電圧コネクタが使用される。
【００７６】
放電部品
図１３及び図１３Ａ（１）は、本発明の好適な実施形態で利用される改良型放電構成の詳細を示す。この構成は、出願人がブレード誘電電極と呼ぶ電極構成を含む。この設計では、陽極５４０は、放電領域内でガス流を改善するために、図示のように誘電スペーサ５４４が陽極の両側に設けられた鈍いブレード状の電極５４２を備える。スペーサは、放電領域を越えて該スペーサの両端で陽極支持バー５４６にネジで取り付けられる。このネジは、スペーサとバーとの間の熱膨張ズレを許容する。陽極は、長さ２６．４インチ、高さ０．４３９インチである。下部が幅０．２８４インチ、上部が幅０．１４１インチである。陽極は、中心部からの電極の異なる熱膨張を可能にするソケット貫通ネジを有する流れ形成陽極支持バー５４６に取り付けられる。陽極は、銅ベースの合金、好ましくはＣ３６０００、Ｃ９５４００、又はＣ１９４００で構成される。陰極５４１は、図１３Ａに示すような断面形状を有する。好適な陰極材料はＣ３６０００である。このブレード誘導構成の詳細な説明は、本明細書に引用によって組み込まれた米国特許出願番号０９／７６８７５３に示されている。この構成における電流戻り部５４８は、電極の長さ方向に沿って等間隔に配置された２７本のリブを有する鯨骨形状に形成され、その横断面は図１３Ａ（１）に示される。前述のように、電流戻り部は板金製であり、鯨骨形状リブ（各々、約０．１５×０．０９インチの断面径をもつ）は、各々のリブの長手方向が電流の流れ方向になるように捻られている。
【００７７】
図１３Ａ２には流れを更に改善する陽極用の別の誘電スペーサ設計が示されている。この場合、スペーサは、流れ形成用陽極支持バーと非常に良好に一致し、良好なガス流経路をもたらす。出願人は、これを「ファーストバック」ブレード誘電陽極設計と呼ぶ。
【００７８】
別のパルス電力回路
図５Ｃ１、図５Ｃ２、及び図５Ｃ３は、第２の好適なパルス電力回路を示す。この回路は、前述の実施形態と類似しているがＣ0を高い電圧値に充電するために高電圧電源を利用する。前述の実施形態と同様に、交流２３０ボルト又は４６０ボルトの工場電力で作動する高電圧パルス電源ユニットは、前述のように高速充電共振充電器の電源であり、約１１００Ｖから２２５０Ｖの範囲の電圧に４０００から６０００Ｈｚの周波数で２つの２．１７μＦを正確に充電するように設計される。主発振器の整流器及び圧縮ヘッド内の電気部品は、電力増幅器内の対応する構成部品と可能な限り同じである。このことは、２つの回路内の時間応答性を可能な限り同じに保つために行われる。各スイッチ４６は、各々定格３３００Ｖで並列に配置された２つのＩＧＢＴスイッチの列である。Ｃ0コンデンサバンク４２は、２．１７μＦＣ0バンクを作るために６４の平行区間に配置されている１２８個の０．０６８μＦコンデンサで構成される。Ｃ1コンデンサバンク５２は、２．３３μＦのバンク静電容量を形成するために６８の平行区間に配置されている１３６個の０．０６８μＦ  １６００Ｖコンデンサで構成される。Ｃｐ−１及びＣｐコンデンサバンクは、図５を参照して説明したものと同一である。可飽和インダクタ５４は、０．５インチ厚の５０％−５０％Ｎｉ−Ｆｅで構成された、外径４．９インチ、内径３．８インチの５つの磁気コアを有する、約３．３ｎＨの飽和インダクタンスをもたらす単巻きインダクタである。可飽和インダクタ６４は、各々が８０％−２０％Ｎｉ−Ｆｅで作られ、外径５インチ、内径２．２８インチを有する０．５インチ厚の５つのコアで構成された約３８ｎＨの飽和インダクタンスをもたらす２巻きインダクタである。トリガ回路は、２ナノ秒のタイミング精度でＩＧＢＴの４６を閉じるために設けられている。主発振器は、一般的に電力増幅器のＩＧＢＴ４６のトリガの約４０ｎｓ前にトリガされる。しかしながら、正確なタイミングは、主発振器の出力タイミング及び電力増幅器の放電タイミングを測定するセンサからのフィードバック信号を用いて決めるのが好ましい。
【００７９】
パルス長
これらのＦ2レーザに関する出願人が行なった試験で測定された出力パルス長は、約１２ｎｓの範囲であり、ある程度、２回の放電の相対的なタイミングの関数である。パルス長（その他は同等として）が長くなると、リソグラフィ装置の光学部品の寿命を延ばすことができる。
【００８０】
出願人は、パルス長を長くする幾つかの方法を特定した。前述のように、放電間の相対時間は、パルス長に対して最適化することができる。ＭＯ及びＰＡのパルス電力回路は、引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／４５１，９９５に説明したような方法を用いて、より長いパルスが得られるように最適化することができる。個々のパルス強度を低減するために、引用により本明細書に組み込まれた米国特許第６，０６７，３１１号に説明されているもの等の光学パルス増倍システムをＰＡの下流に付加することができる。好適なパルス増倍ユニット（パルス伸張器とも呼ぶ）は以下のセクションで説明する。このパルス増倍器は、リソグラフィツールのレンズ部品に対するビーム経路の一部とすることができる。室をより長く作ることもでき、長いパルス長が得られるように設計された進行波放電を生成するように電極を構成することもできる。
【００８１】
パルス増倍ユニット
好適なパルス増倍装置を図２２に示す。レーザ５０からのレーザ光は、ビーム分割器２２に当たる。ビーム分割器は、約４０％の反射率を有する。光の約４０％は、出力ビーム３０の第１の部分を反射する。入射光の残りは、ビーム２４としてビーム分割器２２を通過する。ビームは、焦点がビーム分割器２２からミラーまでの距離に等しい球面鏡であるミラー２６によって、小さな角度で再度反射する。従って、ビームは、ビーム分割器２２付近のそこから僅かに外れた点２７に集束される。このビームは再度広がり、今度は、同様に焦点がこのミラーから点２７までの距離に等しい球面鏡であるミラー２８によって反射される。ミラー２８は、ビームを小さな角度で反射し、同様に反射ビームを視準する。この反射ビーム３２は、右へ進みミラー２９でビーム分割器２２へ反射され、ここでは、ビーム分割器２２を通ってビームの約６０％が伝達され、合流して出力ビーム３０の第２の部分になる。ビーム３４の一部（約４０％）は、ビーム３２の繰返し往復のためにビーム分割器２２によってビーム２４の方向へ反射される。その結果、短い入力パルスは幾つかの部分に分割されるので、ビームの全持続時間が長くなり、そのピーク強度が小さくなる。ミラー２６及び２８は、到来ビームの一部を互いに結像する中継システムを形成する。その結像のために、出力ビームの各部は実質的に同一である。（ミラー２６及び２８が平面鏡であった場合、ビームの拡散によってその後の繰返し毎にビームが広がるので、ビームサイズは繰返し毎に異なるものとなる）。ビーム分割器２２から、ミラー２６、ミラー２８、ミラー２７、最後にビーム分割器２２までの全光学経路長によって、各繰返し間の時間遅延が決まる。図２２Ｂ１は、ＡｒＦエキシマレーザによって生成された一般的なパルスのパルスプロ形状を示す。（これらの結果は、Ｆ2レーザの非倍増パルスがＡｒＦレーザの１８ｎｍではなく約１２ｎｍである点を除いてＦ2レーザに適用できる。）図２２Ｂ２は、図６に基づいて形成されたパルス伸張器で引伸ばされた後の、類似のＡｒＦエキシマレーザのシミュレート出力パルスのプロファイルを示す。この実施例において、パルスのＴisは、１８．１６ｎｓから４５．７８ｎｓに増大した。（Ｔisは、レーザパルスを説明するのに使用されるパルス持続時間の尺度である。積分二乗パルス時間を示す）。
【００８２】
図２２Ｃは、図２２Ａと類似の配置であるが、追加の遅延経路を備えている。この場合、第１のビーム分割器２２Ａは、２５パーセントの反射が得られるように設計され、第２のビーム分割器２２Ｂは、４０パーセントの反射が得られるように設計される。図２２Ｄは、コンピュータシミュレーションによって作成された最終的なビーム形状を示す。この引伸ばされたパルスのＴｉｓは、約７３．２ｎｓである。図２２Ｃの実施形態において、ビーム分割器２２Ｂを介して伝達されるビームの各部は、反射時に方向が反転し、結合して出口ビーム３０になる。これによって、ビームの空間コヒーレンスが大幅に低減される。
【００８３】
図２２Ｅ及び図２２Ｆは、被覆をもたない光学素子を使用するビーム分割器設計を示す。図２２Ｅは、内部反射減衰を利用するためのビーム分割器設計を示し、図２２Ｆは、板の両側からフレネル反射を生成して所望の反射−伝達比を得るように傾斜した被覆をもたない透明板を示す。
【００８４】
パルス伸張器ユニットは、前記に提案したように垂直光学テーブル１１の裏面に組み込むことができ、又は、光学テーブルの上又はその内部に組み込むことができる。
【００８５】
パルスエネルギー及び線量エネルギーの制御
パルスエネルギー及び線量エネルギーは、前述したようなフィードバック制御システム及びアルゴリズムで制御されることが好ましい。パルスエネルギーモニタは、リソグラフィツール内のウェーハ近傍のレーザとすることができる。この方法を使用して、所望のパルスエネルギーを生成するよう充電電圧が選択される。前述の好適な実施形態において、ＭＯ及びＰＡの両方には、ＣOが並列に充電されることから同一の充電電圧が供給される。
【００８６】
前述のように、出願人は、この方法は非常に良好に機能し、タイミングジッタ問題を大幅に低減する判断した。しかしながら、この方法は、確かにＰＡから独立してＭＯを制御するレーザオペレータの能力を、ある程度低下させてしまう。しかしながら、各ユニットの性能を最適化するために別個に制御することができるＭＯ及びＰＡの作動パラメータも幾つかある。これらの他のパラメータには、レーザガス圧、Ｆ2濃度、及びレーザガス温度が含まれる。これらのパラメータは、２つの室の各々において独立して制御され、プロセッサ制御によるフィードバック方式で調整されることが好ましい。
【００８７】
他の光学的品質の改善
本発明は、従来技術による単室式高繰返し率放電ガスレーザよりもはるかに高いパルスエネルギー及び出力電力を可能とするレーザシステムを提供する。このシステムにおいて、主発振器は、大体において波長及び帯域幅を決定し、電力増幅器は、主としてパルスエネルギーを制御する。電力増幅器の効率的なシード光供給に必要なパルスエネルギーは、図６Ｂに示すように１ｍＪよりもはるかに少なくてもよい。主発振器形式のレーザでは５ｍＪパルスを容易に生成できるので、余分なエネルギーができる。この余分なパルスエネルギーは、特にエネルギー効率が高くないビーム品質を改善するための特定の方法を使用する機会を与える。
【００８８】
これらの方法には以下のものが含まれる。
・引用により本明細書に組み込まれた米国特許第５，８５２，６２１号に説明されているようなパルストリミング。パルスエネルギーをモニタし、パルスを遅延させてポッケルス・セルなどの超高速光学スイッチを使用して、遅延パルスの一部をトリミングする。
・本明細書で後述する、非常に高いビーム拡大を伴う線幅狭小化モジュール及び小さな開口の使用。
・波面エンジニアリング
空洞間の波面補正を主発振器又は主発振器の下流に追加することができる。これは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／７０３，３１７に説明されているような１回又はそれ以上の屈曲の回折格子の使用を含み、また、変形可能ミラー波面補正は、公知の波面歪みを補正するように構成された非平面ミラー、非平面プリズム面等の静的補正とすることができる。
・ビームフィルタリング
引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／３０９，４７８に説明され、更に、図２３の１１で示す、帯域幅を低減するための空間フィルタ等のビームフィルタを追加できる。ビームフィルタは、ＭＯ空洞共振器内か又はＭＯとＰＡとの間に設けることができる。また、ビームフィルタは、ＰＡの下流側に追加できる。焦点を通って進むビームを必要としない好適な空間フィルタは、完全内部空間フィルタであり、以下のセクションで説明する。
・コヒーレンス制御
レーザ光のコヒーレンスは、集積回路業者にとって問題になりかねない。放電ガスレーザは、一般的に、低コヒーレンスを有するレーザ光を生成する。しかしながら、帯域幅を非常に狭くすればするほど出力ビームのコヒーレンスが大きくなる。このような理由から、ある程度の誘導空間非コヒーレンスが望まれる可能性がある。コヒーレンスを低減するための光学部品がＭＰ共振充電器又はＭＯとＰＡとの間に追加されることが好ましい。移動相プレート又は音響光学素子等のコヒーレンスを低減するための幾つかの光学部品が公知である。
・開口の設定
シード光のビーム品質は、ビームのより厳しい開口設定によって改善することができる。
【００８９】
完全内部反射空間フィルタ
空間フィルタリングは、統合された帯域幅の９５％を低減するのに有用である。しかしながら、従来提案された全ての直接的な空間フィルタリング方法は、少なくともビームを集中させて、多くの場合、実際にビームを集束する必要があった。更に、全ての従来設計は、複数の光学素子を必要とした。集束ビームを必要としない単純かつ小型の空間フィルタは、空間フィルタが望まれる場合には簡単にレーザ反応器の内部に組み込むことができる。
【００９０】
好適なフィルタは、約２インチ長の単一プリズムである。プリズムの入射面及び出射面は互いに平行であり、入射ビームに対して垂直である。他の２つの面は互いに平行であるが、入射面及び出射面に対して臨界角に等しい角度で配向される。約１５７ｎｍの波長では、ＣａＦ2内の臨界角は、３９．８９°である。唯一必要とされる被覆は、プリズムの入射面及び出射面の法線入射反射防止被覆である。
【００９１】
空間フィルタは以下のように作動することになる。ビームが法線入射でプリズムの入射面から入る。次に、ビームは、プリズムの臨界角面へ進む。ビームが視準されると、全ての光線はこの第２の面では臨界角で入射する。しかしながら、ビームが拡散又は集束すると、光線の一部は、臨界角より大きな角度及び臨界角より小さな角度でこの面にぶつかる。臨界角以上の角度でこの面にぶつかる全ての光線は１００％反射される。臨界角より小さな角度でこの面にぶつかる全ての光線は、１００％未満の値で反射され、減衰する。全ての反射光線は、同じ角度でプリズムの反対面に入射し、同じ量だけ減衰される。提案された設計において、各々の経路に関して合計６回の反射が行われることになる。臨界角より小さい１ｍｒａｄの角度におけるＰ−偏光の反射率は約７１％である。従って、臨界角と１ｍｒａｄ以上相違する入射角をもつ全ての光線は、元の強度の１３％未満で出射面に伝達されることになる。
【００９２】
しかしながら、このフィルタの単一経路は片側だけとなる。臨界角より大きな角度で入射する全ての光線は１００％反射する。ビームは、空間フィルタプリズムを一旦出るとミラーに入射することになる。レーザ共振器の内部では、このミラーは、ＬＮＰの出力カプラである。ミラーから反射した後に、光線は再度空間フィルタプリズムに入るが、大きな相違点が１つある。臨界角より大きな角度で空間フィルタから出た全ての光線は、ミラーで反射した後に反転することになる。これらの光線は、今度は臨界角より小さな角度でプリズムに再び入り、減衰されることになる。プリズムを通るこの第２の経路は、プリズムの伝達機能を片側フィルタから真の帯域フィルタに変える。
【００９３】
図２３Ｂは、空間フィルタの設計を示す。プリズムの入射面及び出射面は１／２インチである。臨界角面は約２インチである。入射ビーム幅は２．６ｍｍであり、短軸におけるビーム幅を表す。プリズムは、図の平面では１インチの高さをもつことになる。図は３セットの光線を示す。第１の光線セットは視準され、臨界角で各面にぶつかる。緑色光線である。第２の光線セットは、臨界角より小さな角度の面に入射し、第１の反射部で終わる。青色光線である。これらの光線は、拡大図においてより明らかになる。これは、第１の経路で減衰される光線を表す。最後の光線セットは、臨界角より大きな角度で入射する。これらの光線は、全ての第１の経路全体を通って進むが、第２の経路の第１の反射部で終わる。第２の経路で減衰される光線を表す。
【００９４】
室間の望遠鏡
好適な実施形態において、円筒型反射望遠鏡は、主発振器の出力部と電力増幅器の入力部との間に設けられている。これによって、電力増幅器に入るビームの水平サイズが制御される。また、この望遠鏡は、公知の技術を用いて水平拡散を制御するように設計できる。
【００９５】
測定学
本発明の好適な実施形態において、パルスエネルギーは、高速フォトダイオードエネルギーモニタからのフィードバックを用いてパルス間基準で制御された状態でモニタされる。多くの用途において、主Ｆ２線幅の固有中心線波長及び帯域幅は相対的に一定なので波長及び帯域幅のパルス間基準のモニタは行われない。しかしながら、所望であれば、波長及び帯域幅は、従来技術によるエキシマレーザと全体的に同じ方法でモニタすることができるが、１５７ｎｍ波長範囲である。
【００９６】
好ましくは、電力モニタ（ｐ−セル）は、電力増幅器やパルス倍増器の下流側で主発振器の出力部に設ける必要がある。また、好ましくは、ｐ−セルは、主発振器への後方反射をモニタするために設ける必要がある。このような後方反射は、発振器で増幅されるとＬＮＰ光学部品を破損する場合がある。後方反射モニタからの後方反射信号は、危険閾値を超えた場合にレーザを停止するために使用される。また、システムは、何らかの大きな後方反射を引き起こす場合があるビーム経路内の閃光を回避するように設計する必要がある。
【００９７】
このレーザのビームパラメータ測定及び制御を以下に説明する。本実施形態で使用される波長計は、米国特許第５，９７８，３９４号で説明されているものと類似しており、以下の説明の一部は、この特許から抜粋したものである。１５７ｎｍの範囲の波長では、波長及び帯域幅の測定部品は、照射損傷を受ける場合があるので、出願人は、測定をパルス間基準ではなく定期的に行うことを提案する。例えば、波長及び帯域幅は、１０分毎に１回だけ３０パルスに関してモニタすることができる。この頻度であれば、Ｆ２レーザの測定部品は、少なくともＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザ並の寿命になるはずである。これを実現するために、波長及び帯域幅の測定部品へのビームの進入を阻止するシャッタを波長計に設ける必要がある。
【００９８】
これらのユニットの光学機器は、パルスエネルギー、波長、帯域幅を測定する。これらの測定結果は、パルスエネルギー及び波長を所望の限界値内に維持するためにフィードバック回路で使用される。
【００９９】
レーザ光のほんの一部は、４，０００パルス／秒の速度で発生する個々のパルスのエネルギーを測定することができる超高速フォトダイオードを備えるエネルギー検出器へ反射される。パルスエネルギーは約１０ｍＪであり、検出器６９の出力は、コンピュータ制御装置に送られる。コンピュータ制御装置は、個々のパルスのエネルギー及びパルスバーストの総エネルギーの変動を制御する目的で、記憶されたパルスエネルギーデータに基づいて後続パルスのパルスエネルギーを正確に制御するためにレーザ充電電圧を調整する特別なアルゴリズムを使用する。
【０１００】
前述の各々のパルスのパルスエネルギーの測定結果に基づいて、後続パルスのパルスエネルギーは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許第６，００５，８７９号「エキシマレーザのパルスエネルギー制御」で説明されているように、パルスエネルギー及び所定数パルスの総線量の所望量を維持するように制御される。
【０１０１】
線幅選択
プリズム式線幅選択
本発明の好適な実施形態において、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すような５プリズム線幅選択器を使用して、最大の固有Ｆ２共振線幅が選択される。これらの５つのプリズム１１２Ａから１１２Ｅは、図１に示すようにＬＳＰ１０Ｃに配置された図示されていない単一のプリズムプレート上に正確に取り付けられる。このＬＳＰは、主発振器の下流側に、主発振器出力カプラから少し下流側に配置される。５つのプリズムの各々は、６５°（頂角）プリズムであり、図１６Ａに示すように水平に配置される。この特定の実施形態のプリズムの入射角は、プリズム１１２Ａから１１２Ｆについて、それぞれ７９．６°、６１．４°、４７．７°、７１．７°、及び４２．１°である。（他の多数のプリズム構成も類似の結果をもたらす。）
【０１０２】
ミラー１１４Ｂは、ビームをミラー１１４Ｃに向けて上方へ反射するよう配置されており、ミラー１１４Ｃはビームを図１の１２Ａに示す電力増幅器の放電領域へ開口（図示せず）を通して反射するように配置されている。５プリズム線幅選択器は、Ｆ２線幅１５７．６３ｎｍと１５７．５２ｎｍとの間で１０．５６ミリラジアンの広がり角を引き起こし、これは電力増幅器の前の開口にて約０．５メートル下流側の距離で約５．５ｍｍの空間分離を作り出す。この広がり角は、１５７．５２ｎｍ線幅を分離するのに十分である。
【０１０３】
リング式線幅選択器
図１６Ｅは別のプリズム線幅選択器ユニットを示す。これはリング構成である。これはビーム方向を乱すことなくビーム経路に挿入できる。この実施形態において、リングは、４つの４５°頂角プリズム及び４つの６５°角プリズムで構成される。
【０１０４】
リオ（Ｌｙｏｔ）フィルタ
図１６Ａに示すプリズム式線幅選択器に代わるものとしてリオフィルタがある。このフィルタは、波長に応じて光の偏光を回転させるために、ＭｇＦ2等の非等方性結晶物質の複屈折分散を利用する。結晶の厚みを適切に選択することによって、２つのＶＵＶ波長の総偏光回転角を実質的に異なるものとすることができる。これらの回転波の識別は、Ｆ2レーザ放電ガス室のブルースター窓等の偏光依存性の光学素子で行うことができる。ＣａＦ2材料の単一のブリースター窓は、それぞれｐ偏光及びｓ偏光波の間で強度伝達比１：０．７を示すことになる。ｓ偏光波の損失は表面反射に起因する。放電ガス室は２つの窓をもつので、これらの値は、１：０．２４の正確な完全往復比を得るためには４次濃度（ｐｏｔｅｎｃｙ）を採用する必要がある。一方の線幅の最適な識別は、２重経路の総偏光回転角が正確に９０°である場合に達成される。これは、結晶の厚みを特有の１／４波長板の厚みに調整することで達成できる。しかしながら、他方の線幅の波長は、このような回転を受けてはならず、実際には、この波長での総偏光回転は、識別要素がこの波の伝達に影響を与えないように、１８０°（半波板）の完全な倍数である必要がある。従って、散乱複屈折結晶、偏光要素（ブルースター窓）、及びバックミラー（結晶を通って戻る第２の経路）の組み合わせると、一方の波長は抑制されるが他方は影響を受けない。
【０１０５】
このスキームの利点は、その固有の堅牢性、調整の容易性、光学素子数の低減、及び小さな入射角（ゼロに近い）を得るために反射防止被覆だけを使用する可能性である。
【０１０６】
図１６Ｃ１は、放電室内リオフィルタを備える線幅選択式Ｆ2レーザシステムの概略図を示す。共振器は、高反射型ミラー１１６Ａ、複屈折分散結晶１１６Ｂ、（室）ブルースター窓１１６Ｃ及び１１６Ｄ、及び部分反射型出力結合ミラー１１６Ｅで構成される。光学的利得は、室１１６Ｆのガス放電内でもたらされる。
【０１０７】
図１６Ｃ２は、ｐ偏光とｓ偏光との間の識別を向上させるために１つ又は複数の追加のブルースター素子１１６Ｇを使用した別の設計を示す。
図１６Ｃ３は、高反射型ミラー及び結晶の別の設計を示す。実際には、両要素は、結晶の裏側に誘電反射性被覆１１６Ｈを直接塗布して組み合わせることができ、これによって所要の光学素子の数を少なくすることができる。
【０１０８】
ＭＯ後方での線幅選択
図１に示す実施形態は、主発振器の下流で線幅選択を行い、主発振器の空洞共振器内では線幅選択は行なわれない。他の実施形態としては、レーザ室１０Ａ後方といった空洞共振器内での線幅選択を挙げることができる。この線幅選択器は、図１６Ａの線幅選択器に追加するか又はその代わりとすることができる。
【０１０９】
プリズム線幅選択器が空洞共振器内で使用される場合、選択された偏光内の光学的損失を最小限に抑えることが重要である。このような線幅選択器の好適な設計は、プリズムへの入射又はそこからの出射がブルースター角（約５７．３°）で行われるよう配向された５つのＣａＦ又はＭｇＦプリズムを備える。これによって、反射防止被覆をもたないプリズムを使用することができる。図１６は、この線幅選択方法の概略図を示す。この構成は、頂角が２Ｘ（９０°−θＢ）に等しい５つのプリズム１１８Ａを含み、この場合、θＢはブリースター角である。反射光学部品１１８Ｂは、全反射被覆が裏面に塗布されたハーフプリズムである。
【０１１０】
本明細書での新規な特徴は、ブルースター角を利用して（適切に偏光したレーザの反射係数をゼロにして）、反射性被覆を直接光学部品の裏面に塗布することによって、入射面での反射防止被覆を不要にする点にある。
【０１１１】
プリズム出力カプラ
典型的に、発振器として構成された放電ガスレーザの出力カプラは部分反射ミラーであり、部分反射ミラーは、一般的に、一方の面がビーム経路に対して横断方向に配向されると共にビームの所望の一部を反射して残りの部分を伝達するように被覆処理された楔形の光学素子である。他方の面は、反射防止被覆が塗布される場合が多く、この面からの反射が利得領域に戻らないように、ビーム経路に横断方向以外の角度に配向することができる。
【０１１２】
被覆面は、これらの高強度ＵＶ用途で使用した場合に寿命の問題をもたらす場合がある。図１７はその解決策を示す。この場合、出力カプラ１２０は、プリズム形状である。（利得領域に最も隣接する）前面は、損失角度（ｐ偏光）が最も小さくなるように配向されるが、第２の面は、増幅のための反射ビームが得られるように屈折レーザ光に直交する。この設計によって、反射防止被覆が不要となり、また、分散による別の所定のスペクトル分離をもたらす。このＦ2用途に関して、プリズムは、頂角３２．５°及び入射角５７．２°のＣａＦ2で構成される。この好適な実施形態において、第２の面には被覆はなく、約４．７パーセントのフレネル反射によって主発振器への十分な反射がもたらされる。
【０１１３】
光学素子によるビームステアリング
ビーム経路を一定の状態を維持しようとしても、前述したバーストモード作動といった多数のレーザ作動は、出力レーザ光の大きな過渡的ステアリングをもたらす場合がある過渡状態を引き起こす。この過渡ステアリングは、ビーム方向のモニタ及びビーム方向制御機構を含む、能動的ビーム方向制御システムを用いて補正できる。好適な実施形態において、ビーム方向モニタは、２セル検出器又はセグメント化検出器として知られている分割検出器である。この形式の検出器は、小さな間隙によって分離された２つの別個の感光素子を有する。２つの素子の出力比はビーム方向の尺度である。ビーム方向制御機構は、好ましくは図１の線幅選択パッケージ１０Ｃ内のピボット式ミラーとすることができる。もしくは、図１６Ａに示す線幅選択ユニットのプリズムの１つは、ピボット式とすることができる。選択器ユニットの全プリズムがプリズム板に取り付けられる場合、プリズム板自体をピボット式とすることができる。旋回を引き起こす駆動装置は圧電駆動装置であることが好ましく、又は、ボイスコイル又はステッピングモータ駆動装置又は他の類似の駆動装置のいずれかとすることができる。方向制御機構の制御装置には、適切なフィードバックアルゴリズムがプログラムされたプロセッサ、及びビーム方向のオペレータによる調整を可能にする追加の電子制御装置及びソフトウェアを含むことが好ましい。
【０１１４】
パージ圧によるビームステアリング補正
前述のように、ビーム経路における少しのビームステアリングは、集積回路リソグラフィで一般的に使用されるバーストモード作動等のレーザ作動によりもたらされる。ビーム方向についてのミラーの僅かな変化でも非常に望ましくない。前述のように、ビームステアリングの原因を排除するための方法を利用することができる。また、プリズム又はミラー等の光学素子のピボット支持は、ビーム方向の望ましく変化を補正することができる。別のアプローチは、ビーム経路の一部のパージガス圧を制御することによって望ましくないビーム方向の変化を補正する。好適な実施形態において、線幅選択パッケージ内のパルス圧は、ビーム方向の変化を補正するように制御される。出願人は、図１６Ａに示す５プリズム線幅選択器に関してこの補正を行った。この５プリズム構成の出力ビームの方向は、Δφ＝１５ミリラジアン／気圧の係数によって約１ａｔｍの範囲のパージガス圧に関連づけされる。ビーム方向は、前述のように分割検出器によってモニタし、フィードバック信号を用いてパージガスフローバルブを制御することによってＬＳＰ内の圧力を調整するのが好ましい。別のアプローチは、フィードバック信号をもたらす温度センサを使用する。
【０１１５】
ガス制御
本発明の好適な実施形態は、図１に示すようにガス制御モジュールを有し、各レーザ室を適切な量のレーザガスで満たすように構成される。各室に入るガスの連続的な流れを維持してレーザガス濃度を所望レベルに一定又はほぼ一定に維持するために、適切な制御装置及びプロセッサ装置を設けることが好ましい。これは、米国特許第６，０２８，８８０号、米国特許第６，１５１，３４９号、又は米国特許第６，２４０，１１７号（いずれも、引用により本明細書に組み込まれる）に説明されているような方法を用いて実現できる。
【０１１６】
出願人が二元充填法と呼ぶ、室に入るガスの連続的な流れを可能にするための他の方法は、各々がオリフィスを有する連続ラインである幾つかの（例えば５本の）充填ラインを設け、前のラインの流れを、遮断弁を有する各々のラインと重ねることを可能にする。最も低い流量ラインは、最小の均衡ガス流を可能にするようにオリフィスを有する。開かれる弁の組み合わせを適切に選択することによって、所望の流量をほとんど達成することができる。オリフィス付きラインとレーザガス源との間に、レーザ室圧力の約２倍の圧力に維持されるバッファタンクを設けることが好ましい。
【０１１７】
垂直光学テーブル
好適な実施形態において、２つの室及びレーザ光学部品は、垂直に配置された光学テーブル上に取り付けられる。光学テーブルは、３点運動学的支持部を有するレーザフレーム内に支持されることが好ましい。１つ好適な実施形態による配置を図１Ｃ１に示す。金属製ストラップは、光学テーブルがレーザフレーム４（図１Ｃ１では図示せず）に取り付けられる位置Ａ、Ｂ、及びＣにおいて光学テーブル１１上に設けられている。位置Ａには回り継手が設けられており、回り継手は、光学テーブルをしっかり固定するが光学テーブルの旋回を可能にする。位置Ｂにはボール及びＶ溝が設けられており、これは光学テーブルの底面の平面内での回転及び光学テーブルの前面の平面内での回転を制限する。位置Ｃには、Ａ−Ｂ軸線回りの回転を制限するボール及びスロット溝が設けられている。
【０１１８】
レーザ室
４ＫＨｚ作動
好適な実施形態は、４，０００パルス／秒のパルス繰返し率で作動するように設計される。パルス間で放電の影響を受けた放電領域からガスを清浄するには、電極１８Ａと電極２０Ａとの間に最大約６７ｍ／ｓのガス流が必要である。これらのガス速度を達成するために、横流ファンユニットの直径は５インチ（ブレード構造体の長さは２６インチ）に設定され、回転速度は、約３５００ｒｐｍに高められている。この性能を達成するために、実施形態は、協働して約４ｋｗの駆動電力をファンブレード構造体に供給する２つのモータを利用する。４０００Ｈｚのパルス速度で、放電によって約１２ｋｗの熱エネルギーがレーザガスに加えられる。ファンによって加えられた熱と共に放電によって生成された熱を除去するために、４つの別個の水冷式フィン付き熱交換器ユニット５８Ａが設けられる。モータ及び熱交換器について以下に詳細に説明する。
【０１１９】
本発明の好適な実施形態は、図４に全体的に示す４つの水冷式フィン付き熱交換器５８Ａを利用する。これらの熱交換器の各々は、図１で５８に示す単一の熱交換器と多少類似するが実質的な改良点を有する。
【０１２０】
熱交換器構成部品
熱交換器の１つの断面図を図２１に示す。熱交換器の中央は切り取られているが両端は図示されている。図２１Ａは、熱膨張及び収縮に対応する熱交換器の端部の拡大図を示す。
【０１２１】
熱交換器構成部品には、純銅（ＣＵ１１０００）から機械加工されたファン付き構造体３０２が含まれ、１２個のフィン／インチを有している。水流は、０．３３インチのボア径を有する軸方向の経路を通る。軸方向の経路に位置するプラスチック製攪拌器３０６は、経路内の水の層状化を防止すると共に、経路の内面での高温境界層の形成を防止する。撓みフランジユニット３０４は、内フランジ３０４Ａ、ベローズ３０４Ｂ、及び外フランジ３０４Ｃから成る溶接されたユニットである。熱交換器ユニットは、熱交換器内を流れる水をレーザガスからシールするための３つのＣ型シール３０８を含む。ベローズ３０４Ｂは、室に対する熱交換器の膨張及び収縮を可能にする。２重ポートナット４００によって、熱交換器経路が標準的な５／１６インチの位置決めエルボー管の取付け具に接続され、この取付け具は水供給源に接続されている。Ｏリング４０２によって、ナット４００とフィン付き構造体３０２との間のシールが行われる。好適な実施形態において、４つの熱交換器ユニットのうちの２つの冷却水流の方向は、他の２つの熱交換器ユニットとは反対であり、軸方向の温度勾配が最小限に抑えられる。
【０１２２】
攪拌器
好適な実施形態において、攪拌器は、一般にエポキシ成分を混ぜ合わせるのに使用され、３Ｍ社から販売されている４つの市販の長尺インラインミキサで構成される（Ｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｘｅｒ、部品番号０６−Ｄ１２２９−００）。インラインミキサは図２１及び図２１Ａに３０６に示す。インラインミキサによって、ピッチ距離（０．３インチ）毎に時計方向を反転させる概して螺旋状の経路に沿って水が強制的に流される。攪拌器は、熱交換器性能を大幅に改善する。出願人による試験の結果、攪拌器を付加すると、同程度のガス温度条件を維持するために必要な水流が約１／５に低減することが分かった。
【０１２３】
流路及び音の影響
この好適な実施形態において、放電領域を出入りするガス流は、従来技術によるレーザ室よりも大幅に改善されている。放電の上流で横流ファンの出口に隣接する領域は、放電領域の断面が大から小へ滑らかに移行する形状である。放電領域の直ぐ下流の断面は、ガスが強制的に９０°方向転換して熱交換器に入る前に放電値が小から最大になるように滑らかに大きくなる。この配置によって、急激な高速ガス流によって引き起こされる圧力降下及び関連の乱流が最小限に抑えられる。レーザから離れる方向にこの滑らかに徐々に拡大する流路を設けると、後続のパルスの時に放電室に反射して戻ってくる音波に起因する音の悪影響も低減する。この影響を低減する方法は、引用によって本明細書に組み込まれた米国特許第６，２１２，２１１号及び米国特許第６，３１４，４４７号に説明されている。音波が反射して放電室に戻ってくるのに必要な時間は有意の長さに依存する。これは特定の表面からの反射の結果であり、繰返し率とガス温度との特定の組み合わせの場合にのみ問題になる。この反射面が容易に取り除けない場合、問題のある繰返し率及びガス温度の組み合わせでの作動を避けるために別の解決策を行うことができる。１つの解決策は、必要に応じてガス温度を自動的に変更して問題のある組み合わせでの作動を避けるようにレーザ制御装置をプログラムすることである。
【０１２４】
ブロアモータ及び大型モータ
本発明のこの第１の好適な実施形態は、レーザガスを循環させるための２つのモータによって駆動される大型横流ファンを備える。図２４に示すこの好適な配置によって、電極間には、４，０００パルス間で放電領域の約１．７ｃｍの空間を清浄するのに十分な６７ｍ／秒のガス流が供給される。
【０１２５】
ファンのブレード構造体の断面を図４に符号６４Ａで示す。斜視図を図１８Ａに示す。ブレード構造体は、直径５インチであり、中実アルミニウム合金６０６１−Ｔ６棒材から機械加工される。各区域の個々のブレードは、図１８Ａに示すように隣接区域から僅かにオフセットしている。このオフセットは、圧力波面の生成を防ぐために不均一であることが好ましい。もしくは、個々のブレードは、ブレード軸線に対して若干角度を付けることができる（圧力波面の生成を防ぐために）。また、ブレードは、放電領域と向かい合うブレード縁からの音の反射を低減するために鋭い前縁をもつ。
【０１２６】
図１８に示すこの実施形態は、２つの３相ブラシレス直流モータを利用し、米国特許第４，９５０，８４０号で説明されているように、各々、モータの固定子部をレーザガス環境から隔離する金属製圧力カップに収容された磁気回転子を備える。この実施形態において、圧力カップは、レーザガスバリアとして機能する０．０１６インチ厚の薄肉ニッケル合金４００である。２つのモータ５３０及び５３２は、同じ軸を駆動し、反対方向に回転するようにプログラムされる。両モータは、センサレスモータである（即ち、位置センサレスで作動する）。右モータ５３０を制御する右モータ制御装置５３４は、開始／停止、電流指令、電流フィードバック等を実施するために、アナログ・デジタル信号によってスレーブモータ制御装置５３６を制御するマスタ制御装置として機能する。レーザ制御装置２４Ａとの通信は、マスタ制御装置５３４へのＲＳ−２３２シリアルポートを介して行われる。
【０１２７】
パージシステム
本発明のこの第１の実施形態は、性能を大幅に改善すると共に構成部品の寿命を実質的に延ばす超純粋窒素パージシステムを含む。
【０１２８】
図１９は、本発明の第１の好適な実施形態の重要な特徴を示すブロック図である。本発明のこの実施形態において、窒素ガスによってパージされる５つのエキシマレーザ部品は、ＬＮＰ２Ｐ、レーザ室６Ｐに取り付けられる高電圧部品４Ｐ、高電圧部品４Ｐを上流側のパルス電力部品１０Ｐと接続する高電圧ケーブル８Ｐ、出力カプラ１２Ｐ、及び波長計１４Ｐである。構成部品２Ｐ、４Ｐ、８Ｐ、１２Ｐ、及び１４Ｐの各々は、各々が窒素入口ポート及び窒素出口ポートの２つのポートだけを有する密封容器又は室に収容される。窒素源１６Ｐは、一般に集積回路製造工場における大型窒素タンク（一般に液体窒素温度に維持される）であるで、比較的小さな窒素の瓶とすることができる。窒素源ガスは、窒素源２０Ｐを出ると、窒素パージモジュール７Ｐに入り窒素フィルタを通って、パージされる構成部品への窒素流を制御するための流量制御弁を収容する配電盤２０Ｐに至る。各々の構成部品に関して、パージ流は、モジュール１７Ｐに戻って流量モニタ装置２２Ｐに至り、そこで各々のパージ装置から戻るパージ流がモニタされ、モニタされた流量が所定値を下回る場合にはアラーム（図示せず）が作動する。
【０１２９】
図１９Ａは、本発明のパージに関する特徴に特に関係するものではない一部の別の窒素に関する特徴を含む、この好適な実施形態の特定の構成部品を示す配線図である。
【０１３０】
窒素フィルタ
本発明の重要な特徴は、窒素フィルタ１８を包含している点である。従来、集積回路リソグラフィ用エキシマレーザの製造業者は、市販の窒素の窒素ガス仕様はほんどいつも良好であり、仕様を満足するガスは十分にきれいなので、窒素パージガスのフィルタは必要ではないと信じていた。しかしながら、出願人は、時としてソースガスは仕様外れである場合があること、又は、パージシステムに至る窒素配管に汚染物質が含有されている可能性があることを見出した。また、配管は、保守又は運転中に汚れる可能性がある。出願人は、フィルタコストは、汚れによる損傷の確率は低いが非常に効果的な保険であると判断した。
【０１３１】
好適な窒素フィルタは、米国カリフォルニア州サンディェゴ所在のＡｅｒｏｎｅｘ社から販売されているモデル５００Ｋ不活性ガス清浄器である。このフィルタは、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2、及びノンメタン炭化水素をサブパーツ／１０億のレベルまで除去する。０．００３ミクロン以上の全ての微粒子の９９．９９９９９９９パーセント取り除く。
【０１３２】
流れモニタ
ユニット２２の流れモニタは、５つのパージされた構成部品の各々に対して設けられる。流量が低い場合のアラーム機能を有する市販ユニットが市販されている。
【０１３３】
配管
全ての配管は、内面が電解研磨されたステンレス鋼（３１６ＳＳＴ）製であることが好ましい。また、ＰＦＡ４００製又は超高純度テフロン製の特定の形式のプラスチック製管を使用することもできる。
【０１３４】
再循環及び清浄
パージガスの一部又は全ては、図１９Ｂに示すように再循環させることができる。この場合、パージモジュールにはブロア及び水冷式熱交換器が付加される。例えば、光学部品からのパージ流を再循環させることができ、電気部品からのパージ流を排気することができ、又は、組み合わせた流れの一部を排気することもできる。また、オゾンを密閉されたビーム経路から除去するために、オゾン洗浄素子を追加することができる。これには、Ｏ3と反応する幾つかの材料の１つで作られたフィルタが含まれる。
【０１３５】
ＬＳＰのヘリウムパージ
好適な実施形態において、線幅選択パッケージはヘリウムでパージされ、残りのビーム経路は窒素でパージされる。ヘリウムは、窒素よりもはるかに屈折率が小さいので、ヘリウムを使用するとＬＮＰの熱の影響が最小限に抑えられる。しかしながら、ヘリウムの値段は窒素の約１０００倍である。また、パージ圧力によるビームステアリングの制御は、ヘリウムでは非常に難しいであろう。
【０１３６】
改良されたシール
ビーム経路を密封するための好適な方法は、引用により本明細書に組み込まれた２００１年１１月１４日出願の米国特許出願番号１０／０００，９９１「改良されたビーム経路を有する放電ガスレーザ」に説明されている。図１９Ｆ１、図１９Ｆ２、図１９Ｆ３、図１９Ｆ４及び図１９Ｆ５は、各レーザモジュール間のシールを行うために使用されるが、迅速なモジュール交換を可能にするためにモジュールの迅速かつ簡単な切り離しを可能にする、簡単な密封ベローズシールを示す。
【０１３７】
簡易密封式ベローズシール
出願人は、ビーム経路内にレーザモジュールを再設置する場合に真空適合シールに対する迅速な密封を可能にする簡易密封式ベローズシールを開発した。このシールは、ビーム経路のそれぞれのシール部の真空品質シールをもたらすが、ビーム経路は、真空状態ではなく典型的に大気圧を若干上回る圧力で作動する点に留意されたい。
【０１３８】
迅速な密封は、これらのモジュールには数分以内に交換可能であるという大きなニーズがあるので重要である。簡易密封ベローズシールの基本的な設計を図８Ａから図８Ｅに示す。簡易密封ベローズシールは、４部品シールである。これらの４つの部品は、（１）図８Ａに示すベローズ部９３Ａ、図８Ａ及び図８Ｂに示すフランジ部９３Ｂ、図８Ａに示す金属Ｃシールリング９３Ｃ、及び図８Ｃに示す第１の圧縮リングクランプ９３Ｄである。別の第２の圧縮リングクランプを図８Ｅに示す。簡易密封ベローズを図８Ｄに示す。追加的な２つの金属製Ｃ形シールは、第１のレーザ部９３Ｅに対してフランジ部９３Ｂを密封するために、又はベローズ部９３Ａを第２のレーザ部９３Ｆに対して密封するために使用できる。これらの追加シールは、スロット１０２及び１０４に配置される。フランジ部９３Ｂは、皿穴を貫通すると共に、アレンレンチ貫通穴１０８に対して締結されるネジを用いて第１のレーザ部に対して密封される。
【０１３９】
フランジ部９３Ｂは、テーパ付きフランジ１２０を備える。このフランジは、図８Ａに示すように２０°のテーパを有する。また、フランジ１１４は、２０°のテーパを有する。圧縮クランプ９３Ｄは、フィンガーボルト１１８をゆるめて開き、テーパ付きフランジ１２０及び１１４の回りに置く。圧縮クランプ９３Ｄは、ヒンジ部１２２及びボルト部１２４を有する。これはフランジ１１４及び１２０の形式に適合するテーパの付いたスロット付き内周面を有する。ボルト１１８を有するスロットの直径は、ボルト１１８を締めると２つのフランジが強制的に合わされてフランジ間でＣ形シール９３Ｃを圧縮するように、フランジ１１４及び１２０の傾斜した係合面の直径よりも僅かに小さい。出願人は、所望の真空シールを保証するには４００ポンドの圧縮力が好適であると判断している。これは、第１の圧縮リングクランプのボルト１１８のハンドルに約４０インチ−ポンドのトルクを加える必要がある。この好適な実施形態において、ハンドルの長さは僅か１インチなので、大部分の技術者は４０インチ−ポンドのトルクを加えるためにスピードレンチ（又は類似の工具）を必要とする。２インチのハンドルを設けると、指の力で密封を行うことができる。図８Ｅに示す第２の圧縮リングクランプは、湾曲レバーアーム１１９をリング外周に接触する位置に押し付けると２つのテーパ付きフランジが合わさる。リング外周からアームを外方に回動させることでクランプは開き、次に、リングクランプの２つの半割部を分けることができる。出願人は、４０ポンドの力をレバーアーム１１９の端部に加えると、Ｃ形シール９３Ｃに約４００ポンドの圧縮力が加わると推定している。このクランプ設計は、「プルアクション・トグルクランプ」と知られている市販クランプの設計に基づいている。
【０１４０】
このシールシステムの重要な利点は以下の通りである。
（１）シールを行う時間がわずかである（約１分から２分）。
（２）優れた真空シールが形成される。
（３）放電室と光学部品との間の実質的な振動結合が回避される。
（４）このシールは、多くの他の真空密封法に比べて安価である。
【０１４１】
シールは、図８Ｄに示すような圧縮リングクランプ９３Ｄを使用して、図８Ａに示す金属製Ｃ形シール９３Ｃを挟んだフランジ部９３Ｂと９３Ａとの間で行わる。金属シールはスロット１１０に嵌り込む。これらの実施形態におけるシールは、円形スロット１１０に嵌り込むように僅かに楕円形になっている。Ｃ形シールリングの長径は１．９４７インチ、短径は１．８４インチである。楕円形のＣ形シールのバネ力は、スロット１１０の端面に対する力を生じ、これによってＣ形シールリングが組付け時に脱落するのが防止される。ベローズ部９３Ａは、組付け時の両者の摺動によって、シールリングがフランジ部９３Ｂにより傷つけられないように保護する円形リング１１２を備える。
【０１４２】
横方向パージガス流
出願人は、４，０００Ｈｚといった高い繰返し率で数ミリジュール／パルスでのＦ２レーザの実験で、ビームは、パージガスとの相互作用によって過渡的な拡散及び偏光を受けることを発見した。また、出願人は、これらの影響はビーム経路に対して横方向にパージ流を形成することで最小限に抑え得ることを発見した。出願人は、これを行う幾つかの方法を特定した。４つのこの方法を図１９Ｃ１、図１９Ｃ２、図１９Ｃ３、及び図１９Ｃ４に示す。図１９Ｃ１及び図１９Ｃ２は、横方向のパージ流を助長するビーム経路内のバッフルを示す。図１９Ｃ３は、パージガスを循環させるためのパージライン内のファンを示し、図１９Ｃ４では、パージ流は、パージノズルによってビーム経路に対して横方向に案内される。
【０１４３】
位置合わせレーザ
密閉された真空式パージ経路を用いると、レーザ光学部品の位置合わせが複雑になる。従来のシステムにおいて、パージ経路は、小型可視光位置合わせレーザを挿入するために壊す必要があった。好適な実施形態において、小型可視光レーザを保守作業時に非常に有用なビーム経路の恒久部分として含めることができる。位置合わせレーザは、高反射型ミラー１０Ｄの裏面に取り付けられたヘリウム・ネオンレーザ又は小型ダイオードレーザであることが好ましく、高反射型ミラー１０Ｄは、この設計では１５７ｎｍ紫外光の大部分を反射するが可視光の大部分を伝達するように設計された誘電性反射被覆を有するＣａＦプレートで構成する必要がある。従って、位置合わせレーザは、全てパージ経路を壊すことなく、ＭＯ、ＰＡ、及びビーム拡大器を通る全ビームの位置合わせに使用できる。（どの線幅選択光学部品も位置合わせレーザの方向を変えることを理解されたい。線幅選択光学部品は、残りのシステムの位置合わせを行うために取り除くことができ、又は、位置合わせレーザ光の方向は、線幅選択光学部品を考慮して調整することができる。）
【０１４４】
真空適合ビーム経路の利点
本明細書で説明する真空適合パージシステムでは、特にＦ2レーザに関して長期のエキシマレーザ性能に大きな改善が見られる。汚れの問題は基本的に解決るので、実質的に構成部品の寿命が延び、ビーム品質が改善される。更に、出口ポートを除き漏れはなくなっていることから、流量を所望の値に制御することができ、これには、窒素必要量をほぼ半減させる効果がある。
【０１４５】
電力計を有する密封シャッタユニット
この第１の実施形態は、図２０、図２０Ａ、及び図２０Ｂに示すように内蔵電力計付き密閉シャッタユニット５００を含む。この重要な改良点において、シャッタは、レーザ光を阻止するシャッタとして、更に測定が必要とされるときは常にビーム電力をモニタする完全ビーム電力計としての２つの機能を有する。
【０１４６】
図２０は、シャッタユニットの主要構成部品を示す平面図である。これらは、シャッタ５０２、ビームダンプ５０４、及び電力計５０６である。シャッタが閉じた位置でのレーザ出力ビームの経路を図２０の符号５１０で示す。シャッタが開いた位置での経路を符号５１２で示す。ビーム停止部品５１６のシャッタ有効面は、室を出るビームの方向と４５°であり、シャッタが閉じるとビームはシャッタ面で吸収されると共に、ビームダンプ５０４へ反射される。ビームダンプ有効面及びシャッタ有効面の両方は、レーザ光を多く吸収するようにクロムメッキが施されている。この実施形態において、ビーム停止部品５１６は、撓みバネ鋼製アーム５１８上に取り付けられる。図２０Ｂに示すように、シャッタはコイルに電流を印加することで開くが、コイルは撓みアーム５１８及びビーム停止部品５１６を引き寄せて、ビーム停止部品５１６を出力レーザ光の経路から取り除く。シャッタは、コイル５１４への電流の供給を停止すことで閉じ、これによって、永久磁石５２０がビーム停止部品５１６及び撓みアーム５１８を引き寄せて閉位置に戻す。好適な実施形態において、電流の流れは、開位置と閉位置との間でビーム停止部品及び撓みアームの移動が容易なように慎重に調整される。
【０１４７】
電力計５０６は、図２０及び図２０Ａに示すように、焦電光検出器を出力レーザ光の経路内に配置するために類似の形態で作動される。この場合、コイル５２０及び磁石５２２は、検出ユニット５２４及び撓みアーム５２６を引き寄せて、出力電力測定のためビーム経路を出入りさせる。この電力計は、シャッタの開時及びシャッタの閉時に作動できる。コイルに流れる電流は、シャッタの場合と同様に、ユニット５２４の移動が容易なようにしてビーム経路を出入りするように制御される。
【０１４８】
ブルースター角よりも大きな室窓角によって改良された偏光
従来技術の室窓はブルースター角で配置される場合が多く、ｐ偏光方向の約５８％において偏光方向の１００％伝達がもたらされる。他の従来技術による設計において、窓は約４５°で配置され、この場合、ｓ偏光の伝達は前記の値よりも多少少なく、ｐ偏光の伝達は多少多い。
【０１４９】
Ｆ2レーザに関して、出願人は、室窓角がブルースター角よりも多少小さい場合に、利得領域においてｓ偏光とｐ偏光との間で激しい競争があると判断した。これは、従来技術によるＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザと比較すると、一般にＦ2レーザの放電領域は利得が非常に高いからである。この競争は、多くの用途ではｓ偏光の光は有用ではなくて一般に不適切な熱として損失されるので望ましくない。従って、レーザにおいてｓ偏光の大きさ最小限に抑える必要性がある。
【０１５０】
比較的に簡単に実現可能な好適な方法は、ブルースター角を実質的に上回るように室窓入射角を大きくすることである。例えば、１５７ｎｍＦ2ビームのブルースター角では、ｐ偏光の約１００％が伝達され、ｓ偏光の約８３％が伝達される。入射角を６４°に高めると、ｐ偏光伝達量は約９９％に低減されるがｓ偏光の約７６％だけが伝達される。主発振器において、利得領域からの光出力は２つの窓の各々を通る２つの経路の周りに形成されるので（４窓経路及び各々の窓に２面の場合）、出力ビームの２つの偏光比は以下の通りである（窓角６４°を想定）。
2005502208.tif 000004
出願人による４７°窓での試験では、光の約７２％はｐ偏光であり、２８％はｓ偏光である。
【０１５１】
窓角を６４°に変え、６４°の別の窓を図１の高反射型ミラー１０Ｄの前に付加することによって、出力ビームのｓ偏光の割合が約４％に低減し、光の残りの９６％はｐ偏光になる。
【０１５２】
本発明では、その範囲を変更することなく、種々の変更を行うことができる。当業者は、多くの他の変形の可能性を理解できるであろう。例えば、パルス電力回路は、図５に示すようにパルス変成器５６の出力までの共通の回路とすることができる。このアプローチは、引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／８４８，０４３で説明されているようなジッタの更なる低減に対応するものである。パルス変成器に対する入力及び出力を示すその米国特許出願の図３Ｂは、便宜上、図１３として本明細書に含まれている。他の熱交換器の設計は、本明細書で示した１つの構成に対する明らかな変更例となるはずである。例えば、４つのユニットを全て組み合わせて１つのユニットにすることができる。レーザのバーストモード作動の結果として生じるガス温度の急激な変化の影響を緩和するために、熱交換器により大きなフィンを使用すると大きな利点がもたらされるであろう。極端に高いパルス繰返し率では、パルスエネルギーのフィードバック制御は、必ずしも、直前のパルスを使用して特定パルスのパルスエネルギーを制御するのに十分な速さである必要はないことを理解されたい。例えば、特定パルスのパルスエネルギー測定値を第２又は第３の後続のパルスの制御に使用する制御方法を行うことができる。図１に示した構成以外にも多くの配置構成を使用することができる。例えば、室は、並列に又はＰＡを下にして取り付けることができる。また、部分反射鏡等の出力カプラを設けることによって、第２のレーザユニットをスレーブ発振器として構成することができる。他の変更例も可能である。横流ファン以外のファンを使用することができる。これは、４ｋＨｚをはるかに上回る繰返し率の場合に必要となるであろう。ファン及び熱交換器は、放電室の外に配置することができる。また、米国特許出願番号０９／８３７，０３５（引用により本明細書に組み込まれている）で説明されているパルスタイミング法を利用することができる。前述の５プリズム設計以外の線幅選択方法を使用できる。例えば、３、４、又は６のプリズムを使用して、前述の方法を適用して高強度の線幅を選択することができる。高精度の帯域幅測定が望まれる場合がある。これは、前述のエタロンよりも自由スペクトル範囲が小さいエタロンを使用して行うことができる。帯域幅の正確な測定に使用するために他の公知の方法を適応させることができる。従って、上記の開示内容は、その内容を限定することを意図したものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその法的均等物によって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の好適な実施形態の斜視図である。
【図１Ａ】Ｕ字形光学テーブルを示す。
【図１Ｂ】Ｕ字形光学テーブルを示す。
【図１Ｃ】第２の好適な実施形態を示す。
【図１Ｃ１】第２の好適な実施形態を示す。
【図１Ｄ】第３の好適な実施形態を示す。
【図２】放電室の特徴を示す。
【図３】放電室の特徴を示す。
【図４】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図４Ａ】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図４Ｂ】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図４Ｃ】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図４Ｄ】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図４Ｅ】好適なパルス電力システムの特徴を示す。
【図５Ａ】別のパルス電力の特徴を示す。
【図５Ｂ】別のパルス電力の特徴を示す。
【図５Ｃ１】別のパルス電力の特徴を示す。
【図５Ｃ２】別のパルス電力の特徴を示す。
【図５Ｃ３】別のパルス電力の特徴を示す。
【図５Ｄ】別のパルス電力の特徴を示す。
【図６】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図７】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図８】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図９Ａ】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図９Ｂ】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１０】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１０Ａ】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１１】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１２】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１２Ａ】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１２Ｂ】パルス電力構成部品の特徴を示す。
【図１３】ジッタ問題を最小限に抑えるための方法示す。
【図１３Ａ１】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１３Ａ２】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１３Ａ３】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１３Ａ４】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１３Ａ５】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１３Ａ６】好適な電流リターン構成の特徴を示す。
【図１４】電極の特徴を示す。
【図１４Ａ】帯域幅を測定するための方法を示す。
【図１４Ｂ】帯域幅を測定するための方法を示す。
【図１４Ｃ】帯域幅を測定するための方法を示す。
【図１４Ｄ】帯域幅を測定するための方法を示す。
【図１４Ｅ】帯域幅測定に使用されるエタロンの特徴を示す。
【図１４Ｆ】帯域幅測定に使用されるエタロンの特徴を示す。
【図１４Ｇ】帯域幅測定に使用されるエタロンの特徴を示す。
【図１４Ｈ】帯域幅測定に使用されるエタロンの特徴を示す。
【図１５】電極の特徴を示す。
【図１６Ａ】線幅狭小化方法を示す。
【図１６Ｂ】線幅狭小化方法を示す。
【図１６Ｃ】線幅狭小化方法を示す。
【図１６Ｄ】線幅狭小化方法を示す。
【図１６Ｅ】線幅狭小化方法を示す。
【図１７】出力カップラとして使用するプリズムを示す。
【図１８】ファンモータ駆動部配置を示す。
【図１８Ａ】好適なファンブレードを示す。
【図１９】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ａ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｂ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｃ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｄ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｅ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｆ】パージシステムの特徴を示す。
【図１９Ｇ】パージシステムの特徴を示す。
【図２０】好適なシャッタの特徴を示す。
【図２０Ａ】好適なシャッタの特徴を示す。
【図２０Ｂ】好適なシャッタの特徴を示す。
【図２１】熱交換器の特徴を示す。
【図２１Ａ】熱交換器の特徴を示す。
【図２２Ａ】パルス増倍ユニットの特徴を示す。
【図２２Ｂ】パルス増倍ユニットの特徴を示す。
【図２２Ｃ】パルス増倍ユニットの特徴を示す。
【図２２Ｄ】パルス増倍ユニットの特徴を示す。
【図２３】シード光を空間的にフィルタリングするための方法を示す。
【図２３Ａ】シード光を空間的にフィルタリングするための方法を示す。
【図２３Ｂ】シード光を空間的にフィルタリングするための方法を示す。
【符号の説明】
【０１５４】
１０主発振器モジュール
１０Ａ  放電室
１０Ａ−１０  横流ファン
１０Ｃ  線幅狭小化パッケージ
１０Ｃ２超高速調整ミラー
１２  電力増幅器モジュール
１２Ａ  放電室
【図１】
2005502208.tif 000005
【図１Ａ】
2005502208.tif 000006
【図１Ｂ】
2005502208.tif 000007
【図１Ｃ】
2005502208.tif 000008
【図１Ｃ１】
2005502208.tif 000009
【図１Ｄ】
2005502208.tif 000010
【図２】
2005502208.tif 000011
【図４】
2005502208.tif 000012
【図４Ａ】
2005502208.tif 000013
【図４Ｂ】
2005502208.tif 000014
【図４Ｃ】
2005502208.tif 000015
【図４Ｄ】
2005502208.tif 000016
【図４Ｄ１】
2005502208.tif 000017
【図４Ｅ−１】
2005502208.tif 000018
【図４Ｅ−２】
2005502208.tif 000019
【図４Ｅ−３】
2005502208.tif 000020
【図５Ａ】
2005502208.tif 000021
【図５Ｂ】
2005502208.tif 000022
【図５Ｃ１】
2005502208.tif 000023
【図５Ｃ３】
2005502208.tif 000024
【図５Ｄ】
2005502208.tif 000025
【図７】
2005502208.tif 000026
【図１１】
2005502208.tif 000027
【図１２】
2005502208.tif 000028
【図１２Ｂ】
2005502208.tif 000029
【図１３】
2005502208.tif 000030
【図１６Ａ】
2005502208.tif 000031
【図１６Ｂ】
2005502208.tif 000032
【図１６Ｃ１】
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【図１６Ｃ２】
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【図１６Ｃ３】
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【図１６Ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ１】
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【図１９Ｃ３】
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【図２０】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ１】
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【図２２Ｂ２】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502208.tif 000166
2005502208.tif 000167
【国際調査報告】
2005502208.tif 000168