(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。ＡｒＦレーザエキシマ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、４０００Ｈｚ以上の繰返し率で、パルス間基準で中心線波長を０．２ｐｍ未満の精度に制御できる超高速調整ミラーを有する線幅狭小化パッケージを備える。
2005502209.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、
４）前記第１の放電室で生成された光パルスのスペクトル帯域幅を狭小化するための線幅狭小化装置を備える第１のレーザユニットと、
Ｂ）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、
Ｃ）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、
Ｄ）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、波長、及び帯域幅を測定すると共に、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】
前記レーザガスは、アルゴン、フッ化物、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】
前記レーザガスは、クリプトン、フッ化物、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５】
前記レーザガスは、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２つ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４つ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よう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ように構成され、前記電力増幅器は、前記第２の放電領域を通る４つ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】
前記室は、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、充電コンデンサを正確に制御された電圧に充電する共振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】
前記レーザ光測定及び制御システムは、エタロンユニット、フォトダイオードアレイ、プログラム可能論理回路、及び前記エタロンユニットからのレーザ光を前記フォトダイオードアレイ上に集中させる光学部品を備え、前記プログラム可能論理回路は、前記フォトダイオードアレイからのデータを分析して、エタロン干渉縞の前記フォトダイオードアレイ上での位置を判定するようにプログラム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３６】
前記測定及び制御システムは、前記プログラム可能論理回路によって位置を見つけ出した干渉縞データから波長及び帯域幅を計算するようにプログラムされたマイクロプロセッサを更に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】
前記プログラム可能論理回路は、前記干渉縞の測定結果に基づいて波長及び帯域幅を計算するためのアルゴリズムでもってプログラムされ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３８】
前記プログラム可能論理回路は、１／４，０００秒よりも速い速度で波長及び帯域幅を計算するように構成されることを特徴とする請求項３７に記載のレーザシステム。
【請求項３９】
前記エタロン装置は、回折拡散素子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４０】
ＰＺＴ駆動装置によって少なくとも部分的に駆動される調整ミラーを備える線幅狭小化装置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４１】
前記調整ミラーは、ステッピングモータによって更に部分的に駆動されることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４２】
事前調整手段を更に備えることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４３】
学習アルゴリズムを備える能動的調整手段を更に備えることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４４】
適応フィードフォワードアルゴリズムを更に備えることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４５】
前記線幅狭小化装置は、格子面を有する回折格子と、前記格子面付近にパージガスを送り込むためのパージ手段とを備えることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４６】
前記線幅狭小化装置は、ビームを単一の方向に約４５倍だけ拡大するようになっている４プリズムビーム拡大器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４７】
前記パージガスは、ヘリウムであることを特徴とする請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４８】
窒素フィルタを有する窒素パージ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を更に備え、前記レーザシステムから排気パージガスを移送するための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】
前記第１の放電室の第１の窓と前記線幅狭小化ユニットとの間の第１のビームシールと、前記第１の放電室の第２の窓と出力カプラユニットとの間の第２のビームシールとをもたらすビーム密封システムを更に備え、前記ビームシールの各々は、金属ベローズ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５２】
前記第１のビームシール及び第２のビームシールの各々は、前記レーザ室を簡単に交換できるように構成され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各々は、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５４】
前記ビーム密封システムは、真空適合シール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５５】
複数の前記シールは、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５４に記載のレーザシステム。
【請求項５６】
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２次ビーム分割器と、前記１次ビーム分割器、前記２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５７】
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５６に記載のレーザシステム。
【請求項５８】
出力カプラユニット及び出力窓ユニットを更に備え、前記パージ手段は、前記隔離領域からの排気が前記出力カプラユニット及び前記出力窓ユニットをパージするように構成され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ユニット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。
【請求項７８】
前記パルス電力システムは、電気パルスを前記第１の電極対に供給するための第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、電気パルスを前記第２の電極対に供給するための第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第２の充電コンデンサバンクに正確に制御された電圧を並列に充電するための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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００１年１１月３０日に出願された米国特許出願番号１０／０１２，００２の優先権を主張するものであり、２００１年１１月２９日出願の米国特許出願番号１０／００６，９１３、２００１年８月２９日出願の米国特許出願番号０９／９４３，３４３、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、１９９９年１２月１０日出願の米国特許出願番号０９／４５９，１６５、２００１年２月２７日出願の米国特許出願番号０９／７９４，７８２、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、２０００年６月１９日出願の米国特許出願番号０９／５９７，８１２、及び１９９９年１２月２７日出願の米国特許出願番号０９／４７３，８５２の一部継続出願である。本発明は、放電ガスレーザ、特に、超狭帯域で高繰返し率のシード光注入放電ガスレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ガスレーザ
放電ガスレーザは周知であり、１９６０年代にレーザが発明された直後から利用可能となっている。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」で製造する集積回路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。この「線幅狭小化(line-narrowing)」は、一般的に、レーザの空洞共振器の背部を形成する線幅狭小化モジュール（「線幅狭小化パッケージ(line narrowing package)」又は「ＬＮＰ」と呼ぶ）において達成される。このＬＮＰは、プリズム、ミラー、及び格子を含む精巧な光学素子で構成される。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５０ｎｓ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）各電極の両端に毎秒約１００パルスから２５００パルス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（ＦＷＨＭ）の帯域幅、及び±０．３５％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】
これらのビームパラメータを更に改善するニーズがある。集積回路製造業者は、正確なパルスエネルギー制御による、波長、帯域幅、高ビーム電力の改善を望んでいる。米国特許第５，０２３，８８４号に説明されているような基本設計でいくらか改善できるが、その基本設計による大きな改善は実現できない。例えば、単一の放電室では、正確なパルスエネルギー制御は、波長及び／又は帯域幅に悪影響を与える場合があり、特に非常に高いパルス繰返し率では波長及び／又は帯域幅を厳密に制御しようとする正確なパルスエネルギー制御に悪影響を与える場合がある。
【０００７】
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。
【０００８】
【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】
【０００９】
波長、帯域幅、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】
【００１０】
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ＡｒＦレーザエキシマ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、パルス間基準で４０００Ｈｚ以上のパルス繰返し率で中心線波長を制御でき、０．２ピコメートル未満の帯域幅を可能にする高速回転ミラーを有する、線幅狭小化パッケージを備えている。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。他の好適な実施形態は、ＫｒＦ又はＦ2ＭＯＰＡレーザシステムとして構成される。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】
【００１１】
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エキシマ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、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増幅器（ＭＯＰＡ）構成を利用した点である。
【００１２】
この第１の好適な実施形態は、アルゴン−フッ化物（ＡｒＦ）エキシマレーザシステムであるが、このシステムは、クリプトン−フッ化物（ＫｒＦ）レーザ構成部品、ＡｒＦレーザ構成部品、又はフッ素（Ｆ2）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、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ＡｒＦ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。
2005502209.tif 000003
【００１３】
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回の充電で約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）線幅狭小化パッケージ１０Ｃ及び出力カプラ装置１０Ｄ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。
【００１４】
本明細書で詳細に説明するこの好適な実施形態は、前述のようなＡｒＦＭＯＰＡ構成である。この特定の構成を他の構成に変えるためには、以下に示すような幾つかの変更が必要である。ＭＯＰＡ設計は、第２の放電室の周りに空洞共振器を設けることによってＭＯＰＯ設計に変えることができる。これを行うために多くの方法を利用できるが、その一部は、引用により本明細書に組み込まれた特許出願で検討されている。ＫｒＦレーザ設計は、ＡｒＦレーザ設計とよく似ているので、本明細書で説明する特徴の大半は、そのままＫｒＦに直接適用できる。実際には、ＡｒＦレーザ作動に使用される好適な回折格子は、両方のレーザの波長が回折格子の線間隔の整数倍に相当するのでＫｒＦレーザでも同様に機能する。
【００１５】
この設計をＦ2レーザに使用する場合、Ｆ2の固有スペクトルは一方が選択され他方は選択されない２本の主要線幅を有しているので、本明細書で説明するＬＮＰの代わりに、ＭＯＰＡ又はＭＯＰＯのいずれか、好ましくは線幅選択ユニットが使用される。
【００１６】
Ｕ字形光学テーブル
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＭＯ及びＰＡの光学部品は、Ｕ字形光学テーブル上に取り付けることが好ましい。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。ＡｒＦ４０００Ｈｚの２つの放電室は、単一の１２００ボルト電源装置のみを必要とする。しかしながら、レーザキャビネットには、６０００ＨｚＦ2レーザシステムの２つの放電室に必要となるであろう２台の追加高電圧電源装置のための空間が設けられている。追加高電圧電源装置の一方は、６０００ＨｚＡｒＦシステムで使用されることになる。
（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と実質的に同一である。
（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）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出力光学部品１４Ｂへ導き、電力増幅器後部光学部品１４Ｃを経由して電力増幅器１２Ｃを通る２つの経路を得るように導く。第１の経路は電極に対して小さな角度を成し、第２の経路は電極に対して位置合わせされるが、これらは以下に説明する。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、各電極間の放電領域の長さが最初の２つの実施形態の各電極間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、出力カプラ１０ＤとＬＮＰ１０Ｃ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、出力パルスエネルギーが約５ｍＪではなく約０．１ｍＪであ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レーザと実質的に同一である。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、帯域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。これにより、非常に狭い帯域幅となり、帯域幅安定性が改善される。主発振器は、図１、図２、及び図２Ｇに示す放電室１０Ａを備え、放電室１０Ａには、各々長さ約５０ｃｍで、約０．５インチだけ離れている一対の細長い電極１０Ａ−２及び１０Ａ−４が配置されている。陽極１０Ａ−４は、流れを形成する陽極支持ロッド１０Ａ−６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１０Ａ−１０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４５°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３％アルゴン、０．１％Ｆ2、及び残りの部分のネオン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、出力カプラ１０Ｄによって出力側に形成され、出力カプラ１０Ｄは、ビーム方向に垂直に取り付けられ、１９３ｎｍの光の約３０％を反射すると共に１９３ｎｍの光の約７０％を通過させるように被覆処理されたＣａＦ2ミラーで構成される。空洞共振器の反対側の境界には、米国特許第６，１２８，３２３号で説明されている従来の線幅狭小化ユニットと類似の図１に示す線幅狭小化ユニット１０Ｃがある。ＬＮＰについては、図１６、図１６Ａ、図１６Ｂ１、及び図１６Ｂ２に関連して以下に詳細に説明する。この線幅狭小化パッケージの重要な改良点には、ビームを水平方向に４５倍に拡大するための４つのＣａＦビーム拡大プリズム１０Ｃ１と、比較的大きな回転を得るためのステッピングモータによって制御される調整ミラー１０Ｃ２、及び約３００ｐｍ幅のＡｒＦ固有スペクトルから選択された非常に狭い幅の紫外光を反射するリットロウ（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で取り付けられた約８０ファセット／ｍｍを有するミラーエシェル格子１０Ｃ３の高精度の調整を行うための圧電ドライバが含まれる。主発振器は、従来技術によるリソグラフィ光源で一般的に使用されるよりもはるかに低いＦ2濃度で作動されることが好ましい。これにより帯域幅が非常に狭くなる。別の重要な改良点は、発振器ビームの断面を水平方向で１．１ｍｍ、垂直方向で７ｍｍに制限する狭い後側開口である。発振器ビームの制御は以下に説明する。
【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。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の増加及びレーザガス圧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に伴って狭くなる。これらの制御上の特徴は、以下で詳細に検討するＬＮＰ制御に追加されるものである。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。
【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のガス圧よりも実質的に低い。また、本実施形態において、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。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２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３Ａ及び図３Ｂは、図１の実施形態の場合の主発振器及び電力増幅器を通るビーム経路を示す。ビームは、図３Ａに示すようにＭＯ１０のレーザ室１０Ａ及びＬＮＰ１０Ｃを通って数回発振し、ＬＮＰ１０Ｃを通るその経路上で大幅に線幅狭小化される。線幅狭小化されたシード光は、ミラー１４Ａによって上方に反射され、ミラー１４Ｂで僅かにスキュー角をもって（電極の方向に対して）水平方向に反射されレーザ室１２Ａを通る。図３Ｂに示すように、電力増幅器の後部では、２つのミラー１２Ｃ及び１２Ｄが、電極の方向に沿って水平方向にＰＡ室１２Ａを通る第２の経路を得るためにビームを反対方向に反射する。
【００２６】
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、比較的一定の状態に保つために好適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。
【００２７】
試験結果
本出願人は、図６Ａ１に示すような種々の光路で、図１に示す基本ＭＯＰＡ構成の多数の試験を行なった。図６Ａ２から図６Ｅは、主要な試験の裏付けされた結果の幾つかを示す。
【００２８】
図６Ａは、他の増幅器の設計に比べて、スキュー二重経路増幅器の設計がいかに良好な性能を発揮するかを示す。試験した他の設計は、単一経路、直線二重経路、分割増幅器電極による単一経路、傾斜二重経路である。図６Ｂは、６５０Ｖから１１００Ｖの範囲の充電電圧でのスキュー二重経路構成に関するＰＡ入力エネルギーの関数としてのシステム出力パルスエネルギーを示す。図６Ｃは、発振器パルスの立ち上がり時と４種類の入力エネルギーの増幅器パルスの立ち上がり時との間の時間遅延の関数としての出力パルスの形状を示す。図６Ｄは、出力ビーム帯域幅に関する各パルス間の時間遅延の影響を示す。また、このグラフは、出力パルスエネルギーに関する時間遅延の影響を示す。このグラフは、帯域幅はパルスエネルギーを犠牲にすれば狭くできることを示す。図６Ｅは、レーザシステムパルス持続時間も同様にパルスエネルギーを犠牲にすれば多少長くできることを示す。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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７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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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）。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
構成部品の水冷
大きい熱負荷に対応し、より高い平均電力モード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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
図７Ａ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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
「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。
【００７９】
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。
【００８０】
放電部品
図２及び図２Ａ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１０Ａ４は、放電領域内でガス流を改善するために、図示のように誘電空間が陽極の両側に設けられた鈍いブレード状の電極を備える。
【００８１】
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１０Ａ６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１０Ａ２は、図２Ａに示すように、陽極に対向する位置が若干尖っている断面形状を有する。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１０Ａ８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た細い（約１／１６インチ径）銅線又は真鍮線による単一の長尺部で構成されており、その横断面は図２及び図２Ａに示される。この電線は、陽極下部では線条溝に、室上部の内面では半環状溝に固定される。
【００８２】
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。
【００８３】
タイミング制御の別の方法
前述のように、パルス電力システムの磁気パルス圧縮の処理タイミングは、材料温度等の関数とすることができる磁気材料の特性に依存する。従って、正確なタイミングを維持するためには、これらの材料特性を直接的又は間接的にモニタ及び／又は予測することが非常に重要である。前述の１つの方法では、タイミングを予測するために、先に収集したデータ（温度の関数としての遅延時間）と共に温度モニタが利用されることになる。
【００８４】
別の方法では、各パルス間で磁気が逆バイアスされているので、磁気スイッチバイアス回路を利用して磁気特性（飽和時間）を実際に測定するようになっている。バイアス回路は、材料に逆バイアスをかけるのに十分な電圧を磁気スイッチへ印加すると同時に飽和時間を測定するので、レーザのタイミングは正確に制御できる。逆バイアスをかけるのに利用するボルト・秒の積は、順方向の通常の放電作動時に所要のものと等しい必要があるので、パルス電力システムの処理遅延時間は、到来パルスの作動電圧が分かれば簡単に計算できるであろう。
【００８５】
提案方法の概略図を図５Ｄに示す。初期作動では、２つのバイアス分離インダクタであるＬバイアス、及びスイッチＳ４を介して電源装置ＢＴ１から供給される電流により、磁気スイッチＬ１は既に順方向で飽和していると想定する。次に、この電流はＳ４を開くことで遮断され、Ｓ２を閉じることで１００Ｖが磁気スイッチＬ１に印加され、３０ｎｓ後に飽和する。タイマーは、Ｓ２が閉じるとトリガされ、電流プローブがＬ１の飽和を検出するとカウントを停止し、従って、１００Ｖの印加電流に対するＬ１の飽和時間を計算する。この状態では、Ｌ１には逆バイアスがかけられ、Ｓ３及び他の構成部品による回路の残留電圧が無くなると主パルス放電手順の準備が完了する。
【００８６】
パルス長
図６Ｅに示すように、出願人が行なった試験で測定された出力パルス長は、約２０ｎｓ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。
【００８７】
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。
【００８８】
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ファイルを示す。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）。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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
米国特許第６，０９４，４４８号に説明されている回折格子の単一屈曲とともに、空洞間の波面補正を主発振器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回折格子の複数屈曲、及び変形可能な調整ミラー１４（引用により本明細書に組み込まれた米国特許第６，１９２，０６４号に説明）を挙げることができる。また、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場合がある。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。
【００９６】
完全内部空間フィルタ
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、簡単にレーザ反応器の内部に組み込むことができる。
【００９７】
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。１９３．３５ｎｍの波長では、ＣａＦ2内の臨界角は、４１．７７°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。
【００９８】
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。
【００９９】
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の出力カプラ又は回折格子である。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。図２３Ａは、ＣａＦ2で作られた１９３．３５ｎｍにおける完全内部反射空間フィルタの理論的な伝達機能を示す。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
可変帯域幅制御
前述のように、本発明のこの好適な実施形態は、従来技術によるエキシマレーザ帯域幅よりもはるかに狭いレーザパルスを生成する。帯域幅が所望のものよりも狭く、非常に短い焦点深度の焦点となる場合もある。大きな帯域幅でより良好なリソグラフィ結果が得られる場合もある。従って、帯域幅を調整するための方法が好まれる場合がある。このような方法は、米国特許出願番号０９／９１８，７７３及び米国特許出願番号０９／６０８，５４３に説明されており、それらの全ての開示内容は、引用により本明細書に組み込まれる。この方法では、特定のリソグラフィ結果を得るための好適な帯域幅を決定し、次に、図１６Ｂ１及び図１６Ｂ２に示すＰＺＴ調整ミラー制御と共に利用可能な超高速波長制御を用いてパルスのバースト中に素早くレーザ波長を変更し、所望のスペクトル形状をシミュレートするコンピュータモデリングが使用される。この方法は、特に、集積回路内に比較的に深い孔を作る際に有用である。
【０１０５】
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。
【０１０６】
高速制御アルゴリズムを使用した超高速波長計
パルスエネルギー、波長、及び帯域幅の制御
集積回路リソグラフィに使用される従来技術によるエキシマレーザは、レーザ光パラメータに関する厳しい仕様に支配される。これには、一般的に、各パルスのパルスエネルギー、帯域幅、及び中心波長の測定、及び、パルスエネルギー及び帯域幅のフィードバック制御が必要であった。従来技術による装置では、パルスエネルギーのフィードバック制御はパルス間基準、即ち、各パルスのパルスエネルギーは、得られたデータを直後のパルスのエネルギーを制御するための制御アルゴリズムで使用できるように迅速に測定される。１，０００Ｈｚシステムに関しては、これは、次のパルスのための測定及び制御の所要時間は１／１０００秒未満で行う必要があることを意味する。４０００Ｈｚシステムに関しては、この４倍の速度で行う必要がある。引用により本明細書に組み込まれた米国特許第５，０２５，４５５号及び米国特許第５，９７８，３９４号には、中心波長を制御して波長及び帯域幅を測定する方法が説明されている。
【０１０７】
また、この好適な実施形態のビームパラメータの制御は、出力ビームの波長及び帯域幅が主発振器１０の状態によって設定されるが、パルスエネルギーが電力増幅器１２の状態でほぼ決定される点で、従来技術によるエキシマレーザ光源設計と異なる。この好適な実施形態において、波長、帯域幅、及びパルスエネルギーは、パルス増倍器の出力においてパルス間基準で測定され、この測定結果は、波長及びパルスエネルギーを制御するためにフィードバック制御システムで使用されることが好ましい。また、これらのビームパラメータは、電力増幅器の出力部や主発振器の出力部等の他の場所で測定することができる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
ビームパラメータの高速測定及び制御
以下に、このレーザのビームパラメータの測定及び制御について説明する。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。
【０１１０】
ビームパラメータの測定
図１４は、好適な波長計ユニット１２０、絶対波長基準較正ユニット１９０、及び波長計プロセッサ１９７の配置を示す。
【０１１１】
これらのユニット内の光学機器は、パルスエネルギー、波長、及び帯域幅を測定する。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。これらの光学機器は、レーザシステム制御プロセッサからの指令で原子基準源を参照して自己較正する。
【０１１２】
図１４に示すように、レーザ出力ビームは、反射ミラー１７０と部分的に交差し、反射ミラー１７０は、出力ビーム３３としてビームエネルギーの約９５．５％を通過させ、パルスエネルギー、波長、及び帯域幅測定のために約４．５％を反射する。
【０１１３】
パルスエネルギー
反射されたビームの約４％は、ミラー１７１によってエネルギー検出器１７２に反射され、エネルギー検出器１７２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６９を備える。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供給され、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の総バーストエネルギーの変動を制限するために、特有のアルゴリズムを用いて、記憶されたパルスエネルギーデータに基づいてレーザ充電電圧を調整して、以降のパルスのパルスエネルギーを正確に制御する。
【０１１４】
線形フォトダイオードアレイ
線形フォトダイオードアレイ１８０の受光面を、図１４Ａに詳細に示す。アレイは、１０２４個の別個のフォトダイオード集積回路及び関連のサンプル・ホールド読出し回路（図示せず）を備える集積回路チップである。フォトダイオードは、全長２５．６ｍｍ（約１インチ）になるように２５マイクロメートル間隔である。各々のフォトダイオードは、５００マイクロメートル長である。
【０１１５】
このようなフォトダイオードアレイは、幾つかの供給元から販売されている。好適な納入業者は、Ｈａｍａｍａｔｓｕである。出願人の好適な実施形態において、４，０００Ｈｚ以上の速度で完全な１０２４画素走査を読み取ることができるＦＩＦＯベースで、最大４×１０6画素／秒の速度で読み取ることができるモデルＳ３９０３−１０２４Ｑを使用する。ＰＤＡは、２×１０6画素／秒で作動するように設計されたものであるが、出願人は、それよりもはるかに高速に、即ち、４×１０6画素／秒で作動するようにオーバークロックを行うことが可能なことを見出した。４，０００Ｈｚより高いパルス繰返し率の場合、出願人は、同じＰＤＡを使用することができるが、通常、毎回の走査では画素の一部（例えば６０％）しか読み取ることができない。
【０１１６】
粗い波長の測定
ミラー１７１を通過するビームの約４％は、ミラー１７３によって反射され、スリット１７７を通ってミラー１７４、ミラー１７５に進み、ミラー１７４に戻ってエシェル格子１７６上に進む。ビームは、焦点距離４５８．４ｍｍを有するレンズによって視準される。格子１７６で反射された光は、再びレンズ１７８を通過して再度ミラー１７４、１７５で反射され、再び１７４で反射された後に、ミラー１７９で反射され、図１４Ｂの上側に示すように、画素６００から画素９５０の領域で１０２４画素線形フォトダイオードアレイ１８０の左側に集束される（画素０から５９９は、精密な波長測定及び帯域幅のために残しておく）。フォトダイオードアレイ上のビームの空間位置は、出力ビームの相対公称波長の大まかな尺度である。例えば、図１４Ｂに示すように、約１９３．３５０ｐｍの波長範囲の光は、画素７５０及びその近傍に集束することになる。
【０１１７】
粗い波長の計算
波長計モジュール１２０の粗波長光学部品は、フォトダイオードアレイ１８０の左側に約０．２５ｍｍ×３ｍｍの矩形の像を生成する。１０個又は１１個の照光フォトダイオードは、受光強度（図１４Ｃに示す）に比例した信号を出力し、信号は、波長計制御装置１９７のプロセッサによって読み取られてデジタル化される。この情報及び補間アルゴリズムを用いて、制御装置１９７は、像の中心位置を計算する。
【０１１８】
この位置は（画素単位で測定）、２つの較正係数を使用し、位置と波長との線形関係を前提にして粗波長値に変換される。これらの較正係数は、以下で説明するように、原子波長基準源を参照して決定される。例えば、像位置と波長との間の関係は以下のアルゴリズムとすることができる。
λ＝（２．３ｐｍ／画素）Ｐ＋１９１，６２５ｐｍ
但し、
Ｐ＝粗画像中心位置
もしくは、所望であれば、“＋（）Ｐ2等の第２次項を追加することによって精度を高めることができる。
【０１１９】
精密な波長の測定
図１４に示すミラー１７３を通過するビームの約９５％は、ミラー１８２で反射して、レンズ１８３を通って、エタロン組立体１８４の入力部の拡散器（好ましくは、「改良エタロン」と題した以下のセクションで説明する回折拡散器）上に進む。エタロン１８４を出たビームは、エタロン組立体の焦点距離４５８．４ｍｍのレンズによって集束され、図１４に示す２つのミラーで反射した後に、線形フォトダイオードアレイ１８０の中央及び右側に干渉縞を生成する。
【０１２０】
分光計は、実質的にリアルタイムで波長及び帯域幅を測定する必要がある。レーザ繰返し率は、４，０００Ｈｚから６，０００Ｈｚ又はそれ以上であってもよいので、経済的で小型の処理電子機器で所望の性能を達成するために、正確であるが計算が集中的でなにアルゴリズムを使用する必要がある。従って、計算アルゴリズムは、浮動小数点計算ではなく整数を使用することが好ましく、数学的演算は、計算効率が高い（平方根、サイン、ログ等を使用しない）ことが好ましい。
【０１２１】
この好適な実施形態で使用される好適なアルゴリズムの具体的詳細を以下に説明する。図１４Ｄは、線形フォトダイオードアレイ１８０によって測定される典型的なエタロン干渉縞信号を表す、図示の５つのピークを有する曲線である。中央のピークは、高さが他のピークよりも低い。異なる波長の光がエタロンに入射すると、中央のピークは上昇又は下降し、ときにはゼロになる。この点から、中央のピークは波長測定には不適当である。他のピークは、波長の変化に応答して中央のピークの方向に移動するか又は中央のピークから離れるので、これらのピークの位置は、波長を決定するために使用でき、一方、ピークの幅はレーザの帯域幅を評価する。図１４Ｄには、各々、データ窓と記された２つの領域が示されている。データ窓は、通常、中央のピークに最も近い干渉縞が分析に使用されるように位置決めされる。しかしながら、波長の変化により干渉縞が中央のピークに接近し過ぎた場合には（これによって歪み及びそれによる誤差の原因になる）、第１のピークは、窓の外に出るが、第２の最も近いピークは窓の内側にあり、ソフトウェアは、制御モジュール１９７に第２のピークを使用させる。逆に、波長が変化して、現在のピークを中央のピークから離れるようにデータ窓の外側に移動させる場合には、ソフトウェアは、データ窓内の内側干渉縞にジャンプする。また、データ窓は図１４Ｂにも示されている。
【０１２２】
４，０００Ｈｚから６，０００Ｈｚ又はそれ以上の範囲の繰返し率で各パルスの帯域幅を超高速で計算するために、好適な実施形態は、図１５に示すハードウェアを使用する。ハードウェアは、米国アリゾナ州フェニックス所在のＭｏｔｏｒｏｌａ社から供給されるマイクロプロセッサ４００、モデルＭＰＣ  ８２３、米国カリフォルニア州サンホセ所在のＡｌｔｅｒａ社から供給されるプログラム可能論理素子４０２、モデルＥＰ  ６０１６ＱＣ２４０、実行・データメモリバンク４０４、テーブル形式でフォトダイオードアレイデータを一時的に記憶するための専用超高速ＲＡＭ４０６、メモリバッファとして作動する第３の４×１０２４画素ＲＡＭメモリバンク４０８、及びアナログ・デジタル変換器４１０を含む。
【０１２３】
米国特許第５，０２５、４４６号及び米国特許第５，９７８、３９４号で説明されるように、従来技術による装置は、中心線波長及び帯域幅を決定するために、エタロン１８４及びフォトダイオードアレイ１８０によって生成された干渉縞を表す大量のＰＤＡデータ画素強度データを分析する必要があった。波長及び帯域幅の各計算のためにエタロン干渉縞を探して記述するために、約４００画素強度値を分析する必要があるので、これはコンピュータプロセッサを使用しても比較的時間が掛かるプロセスであった。本発明の好適な実施形態は、重要な干渉縞を見つけるためのプロセッサを設け、波長情報を計算するプロセッサと並列に作動させることによって、このプロセスを大幅スピードアップする。
【０１２４】
基本的な方法は、画素データが生成される際にＰＤＡ画素データからフリンジデータ表を連続的に生成するのにプログラム可能論理回路４０２を使用することである。また、論理回路４０２は、干渉縞データセットのいずれが対象の干渉縞データを表すかを特定する。次に、中心波長及び帯域幅の計算が必要な場合には、マイクロプロセッサが特定された対象画素からデータを拾い上げて、中心波長及び帯域幅の必要な値を計算するだけである。このプロセスによって、マイクロプロセッサ計算時間は１／１０に低減される。
【０１２５】
中心波長及び帯域幅を計算するための好適なプロセスにおける具体的な段階は以下の通りである。
１）２．５ＭＨｚで作動するように計時されたＰＤＡ１８０を用い、ＰＤＡ１８０は、４，０００Ｈｚの走査速度で画素１から６００のデータを収集し、１００Ｈｚの速度で画素１から１０２８のデータを読み出すようプロセッサ４００から指示される。
２）ＰＤＡ１８０が生成したアナログ画素強度データは、アナログ・デジタル変換器４１０によって、アナログ強度値からデジタル８ビット値（０から２５５）に変換され、デジタルデータは、フォトダイオードアレイ１８０の各画素において、強度を表す８ビット値としてＲＡＭバッファ４０８に一時的に記憶される。
３）プログラム可能論理回路４０２は、干渉縞を捜しながらほぼリアルタイムでＲＡＭバッファ４０８から連続的に出ていくデータを分析し、全てのデータをＲＡＭメモリ４０６に記憶し、各々のパルスの全ての干渉縞を特定し、各々のパルスについて干渉縞のテーブルを作成し、テーブルＲＡＭ４０６に記憶し、更に分析するために、各々のパルスに関する２つの干渉縞からなる１つの最良の組を特定する。論理回路４０２に使用する方法は以下の通りである。
【０１２６】
Ａ）ＰＬＤ４０２は、最小の画素強度値を追跡しながら強度閾値を超えるか否か判定するためにバッファ４０８を経由して送られてくる各画素を分析する。閾値を超えている場合、これは、干渉縞ピークが生じつつあることを示す指標である。ＰＬＤは、閾値を超える最初の画素を「立ち上りエッジ」画素数として特定して、「立ち上りエッジ」画素に先行する画素の最小画素値を記憶する。この画素強度値は、干渉縞の「最小値」として特定される。
Ｂ）次に、ＰＬＤ４０２は、干渉縞ピークを捜すためにその後の画素強度値をモニタする。強度が閾値値強度よりも低下するまで強度最高値を追跡することによってこれを行う。
【０１２７】
Ｃ）閾値を下回る値を有する画素が見つかると、ＰＬＤは、立ち下りエッジ画素番号としてその画素を特定して最大値を記憶する。次に、ＰＬＤは、立ち下りエッジ画素番号から立ち上りエッジ画素番号を引くことによって干渉縞の「幅」を計算する。
Ｄ）干渉縞の立ち上りエッジ画素番号、最大干渉縞強度、最小干渉縞強度、及び干渉幅の４つの値は、ＲＡＭメモリバンク４０６の干渉縞領域の円形テーブルに記憶される。ほとんどのパルスは２つの窓で２個から５個の干渉縞を生成するに過ぎないが、各パルスについて最大１５個までの干渉縞を表すデータを記憶することができる。
【０１２８】
Ｅ）また、ＰＬＤ４０２は、各パルスに対して、各パルスの「最良の」２つ干渉縞を特定するようにプログラムされる。これは、０個から１９９個のデータ窓の範囲内で最後の干渉縞を全て特定すると共に、４００個から５９９個のデータ窓の範囲内で最初の干渉縞を完全に特定することによって行う。
【０１２９】
パルス後に、（１）画素データの収集、及び（２）干渉縞の円形テーブルの形成に必要とされる総時間は、約２００マイクロ秒に過ぎない。この方法の時間節約に関する主たる利点は、干渉縞の検索が、干渉縞データが読み出されデジタル化され記憶される際に行われる点にある。特定のパルスについて２つの最良の干渉縞が特定されると、マイクロプロセッサ４００は、ＲＡＭメモリバンク４０６から２つの干渉縞領域の生画素データを入手し、次に、そのデータから帯域幅及び中心波長を計算する。その計算は以下の通りである。
【０１３０】
エタロン干渉縞の典型的な形状を図１４Ｄに示す。ＰＬＤ４０２の過去の作業に基づいて、画素１８０周辺で最大値を有する干渉縞及び画素４５０周辺で最大値を有する干渉縞がマイクロプロセッサ４００に対して特定される。干渉縞の形状及び位置を定義するために、これらの２つの最大値周辺の画素データが、マイクロプロセッサ４００によって分析される。これは以下のように行われる。
【０１３１】
Ａ）最大半値は、干渉縞最大値から干渉縞最小値を引いて、その差を２で割り、その結果を干渉縞最小値に加えることによって決定される。２つの干渉縞の各立ち上りエッジ及び各立ち下りエッジについては、最大半値よりも大きい最近値及び最大半値より小さい最近値を有する２つの画素が計算される。次に、１／３２画素の精度で、図１８Ｂに示すＤ１及びＤ２の終点を定義する場合、マイクロプロセッサは、２つの画素値の間で外挿を行う。これらの値から円形干渉縞の内径Ｄ１及び外径Ｄ２が決定される。
【０１３２】
精密な波長の計算
精密な波長の計算は、進路波長測定値、及びＤ１及びＤ２の測定値を使用して行われる。波長の基本的な方程式は以下の通りである。
λ＝（２＊ｎ＊ｄ／ｍ）ｃｏｓ（Ｒ／ｆ）      （１）
ただし、
λは、ピコメートル単位の波長である。
ｎは、エタロンの内部屈折率であり、約１．０００３。
ｄは、＋／−ｌμｍで管理されたエタロン間隔であり、ＫｒＦレーザの場合は約１５４２μｍ、ＡｒＦレーザの場合は約９３４μｍ。
ｍは、次数であり、干渉縞ピークにおける波長の整数であり、ＫｒＦの場合は約１２４４０、ＡｒＦの場合は９６６４。
Ｒは、干渉縞の半径であり、１３０個から２８０個のＰＤＡ画素であり、１画素は２５ミクロン。
ｆは、レンズからＰＤＡ面までの焦点距離である。
【０１３３】
ｃｏｓ項を展開して無視できるほど小さい高次数項を取り除くと、
λ＝（２＊ｎ＊ｄ／ｍ）[１−（１／２）（Ｒ／ｆ）2]      （２）
直径Ｄ＝２＊Ｒについてこの方程式を書き換えると、
λ＝（２＊ｎ＊ｄ／ｍ）［１−（ｌ／８）（Ｄ／ｆ）2］      （３）
【０１３４】
波長計の主な仕事は、Ｄからλを計算することである。これには、ｆ、ｎ、ｄ、及びｍを知る必要がある。ｎ及びｄは、エタロン固有のものであることから、組み合わせてＮＤという単一の較正定数にする。ｆは、Ｄの単位を純粋な比率に合わせるために、画素単位を用いるＦＤという別の較正定数にする必要がある。整数次数ｍは、波長及びいずれの干渉縞の対を選ぶかによって変わる。ｍは、その目的では十分に正確である粗干渉縞波長を使用して決定される。
【０１３５】
これらの方程式に関する幾つかの利点は、全ての大きな数字が正の値であるということである。ＷＣＭのマイクロコントローラは、約３２ビットの精度を維持しながらこれを計算することができる。括弧付きの項をＦＲＡＣと呼ぶ。
ＦＲＡＣ＝［１−（１／８）（Ｄ／ＦＤ）2］      （４）
【０１３６】
内部では、ＦＲＡＣは、小数点が最重要ビットの左にある符合のない３２ビット値として表される。ＦＲＡＣは、常に１よりも僅かに小さいので、そこで最大の精度が得られる。ＦＲＡＣは、｛５６０から２６０｝画素のＤレンジに関しては［１−１２０Ｅ−６］から［１−２５Ｅ−６］の範囲である。
【０１３７】
ＮＤ較正値を入力すると、波長計は、内部の波長単位がフェムトメートル（ｆｍ）＝１０＾−１５メートル＝０．００１ｐｍで２ＮＤ＝２＊ＮＤという内部の符合なし６４ビット値を計算する。内部では、精密波長に関しては波長λをｆｍ単位でＦＷＬとして表す。これらの変数に関して方程式を書き換えると、
ＦＷＬ＝ＦＲＡＣ＊２ＮＤ／ｍ      （５）
である。
【０１３８】
演算でｆｍ単位のＦＷＬをもたらすＦＲＡＣの基数点シフトを処理する。ｍは、方程式を移し替えて同様にｆｍ単位のＣＷＬという既知の粗波長を代入して解く。
ｍ＝最も近い整数（ＦＲＡＣ＊２ＮＤ／ＣＷＬ）      （６）
【０１３９】
最も近い整数を取るのは、最も近い精密波長から粗波長になるまで、従来の方法でＦＳＲを加えたり引いたりするのと等価である。方程式（４）、方程式（６）、方程式（５）と順に解いて波長を計算する。内径及び外径については、別途にＷＬを計算する。平均値は線中心波長であり、その差は線幅である。
【０１４０】
帯域幅計算
レーザの帯域幅は、（λ2−λ1）／２として計算される。固定補正係数は、真のレーザ帯域幅に加えるエタロンピークの固有幅を求めるために適用される。数学的には、逆重畳アルゴリズムは、測定した幅からエタロン固有幅を取り除く方式であるが、集中的な計算になり過ぎるので、固定補正値Δλεを差し引くことによって、十分な精度が得られる。従って、帯域幅は、
2005502209.tif 000004
となる。Δλεは，エタロン仕様及び真のレーザ帯域幅に左右される。一般的に、本明細書で説明する用途の場合には０．１から１ｐｍの範囲にある。
【０１４１】
改良エタロン
この実施形態は、改良エタロンを利用する。従来のエタロン取り付け方法では、通常、エラストマを用いて周囲の構造体に光学素子を取り付け、光学素子の位置を拘束するが、光学素子に加わる力を最小限に抑える。これに一般的に使用される化合物は室温加硫シリコン（ＲＴＶ）である。しかしながら、これらのエラストマから放出される様々な有機的蒸気は、光学的表面を蒸着してその性能を低下させる場合がある。エタロン性能寿命を延ばすために、エラストマ化合物を含まない密閉エンクロージャ内にエタロンを取り付けることが望ましい。
【０１４２】
好適な実施形態は、図１４及び図１４Ｅに１８４で示す改良されたエタロン組立体を含む。図１４Ｇに示す石英ガラス製エタロン７９自体は、フランジ８１を有する上部板８０及び下部板８２で構成され、両方の板は高級石英ガラスから成る。エタロンは、１．０００３の屈折率及び２５又はそれ以上の純度のガスによって取り囲まれる場合、１９３．３５ｎｍにて２０．００ｐｍの自由スペクトル範囲の干渉縞を生成するように設計される。熱膨張が非常に小さい３つの石英ガラス製スペーサ８３は、両板を分離し、厚さは９３４マイクロメータ±１マイクロメータである。これらは、光学部品の製造技術では公知の方法である光学的接触によってエタロンを一体に保持する。エタロン内面の反射率は、それぞれ約９２パーセントであり、外面は反射防止被覆処理が施されている。エタロンの透過率は約５０パーセントである。
【０１４３】
エタロン７９は、引出し線８５で示す半径方向位置においてフランジ８１の下縁の下方に中心から１２０°に配置された３つのパッド（図示せず）に対してフランジを押し当てる３つの低押力バネ８６及び重力によってのみ、アルミニウム製ハウジング８４の所定位置に保持される。フランジ８１の上縁に沿ったわずか０．００４インチの間隙８７によって、エタロンが適切な位置にほぼ維持されるのが保証される。また、この公差嵌合によって、取り付けによって何らかのショック又は衝撃がエタロンシステムに伝達されても、光学部品とハウジング接点との間の相対速度は確実に最小に保たれる。エタロン組立体１８４の他の光学部品には、拡散器８８、窓８９、及び焦点距離４５８．４ｍｍの集光レンズ９０が含まれる。
【０１４４】
拡散器８８は、エタロンの適切な作動に必要な様々な入射角度を作るためにエタロンの上流側に一般的に使用される標準的な従来技術による拡散器とすることができる。従来技術による拡散器の問題点は、拡散器を通過する光の約９０パーセントが有効な角度になっていないので、フォトダイオードアレイ上に集束されない点である。しかしながら、この無駄な光は、光学系を加熱して光学面の劣化の一因となる場合がある。より好適な実施形態では、拡散器８８として回折レンズアレイが使用される。この形式の拡散器では、光を完全に拡散させるが約５°以内の角度であるパターンが生成される。その結果、エタロンに当たる光の約９０パーセントが有効な角度で入射し、エタロンに入射する光の大部分がフォトダイオードアレイによって最終的に検出される。その結果、エタロンに入射する光を大幅に低減することができるので、光学部品の寿命が大幅に延びる。出願人は、入射光は、フォトダイオードアレイ上の同等の光に関する従来技術の値の５％又は１０％未満に低減できると推定している。
【０１４５】
回折拡散器による視準の改善
図１４Ｈは、エタロンを通過する光強度を一層低減する好適な実施形態の特徴を示す。この実施形態は、前述の実施形態と類似する。ミラー１８２（約１５ｍｍ×３ｍｍ）からのサンプルビームは、集光レンズ４００を通過して上方に進むと、レンズ４０２によって再度視準される。ここで視準され寸法が約５ｍｍ×１ｍｍに小さくなったビームは、エタロンハウジング窓４０４を通過した後、回折拡散素子４０６を通過するが、この場合（ＡｒＦレーザの場合）、回折拡散素子４０６は、米国アリゾナ州ハンツビル所在のＭｅｍｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ社から供給される回折拡散素子である。この回折拡散素子は、部品番号Ｄ０２３−１９３であり、任意の断面構成を有する任意の入射視準ビームにおける実質的に１９３ｎｍビームの全てを、２°の角度で第１の方向に、４°の角度で第１の方向に垂直な第２の方向に拡大するビームへ変換する。次に、レンズ４１０は、拡大ビームを図１４に示すフォトダイオードアレイ１８０を覆う矩形パターン上に「集束させる」。フォトダイオードアレイの活性領域は、幅が約０．５ｍｍ、長さが約２５．６であり、レンズ４１０によって形成されたスポットパターンは、約１５ｍｍ×３０ｍｍである。回折拡散素子はビームの空間成分を完全に混ぜ合わせるが、エタロンを通過する光を大幅に低減して効率的に利用することができるように、ビームエネルギーの実質的に全てを２°及び４°の限界値内に維持する。エタロンを通過するビームエネルギーの一層の低減は、フォトダイオードアレイの短い寸法のスポットパターンを低減することによって実現できることを理解されたい。しかしながら、更に１５ｍｍ未満に小さくすると光学的な位置合わせが難しくなる。従って、設計者は、スポットパターンの大きさは、トレードオフの問題であることを考慮する必要がある。
【０１４６】
約２４８．３２７ｎｍで作動するＫｒＦレーザのために設計された他のシステムでは、類似の設計で波長の調整が行われる。この実施形態において、レンズ４００は、約５０ｍｍの焦点距離を有する（レンズは、Ｍｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ社製の部品番号ＯＩＬＱＰ００１）。視準レンズ４０２は、−２０ｍｍの焦点距離を有する（ＥＶＩ  Ｌａｓｅｒ社製の部品番号ＰＬＣＣ−１０．０−１０．３−ＵＶ）。回折拡散素子４０６は、Ｍｅｍｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ社製の部品番号ＤＯ２３−２４８である。この実施形態及びＡｒＦ実施形態において、２つのレンズの間隔は、スペーサ４１６で適切に位置決めされる。出願人は、この設計範囲で作動するレーザでエタロンを通過するビームのエネルギーは、エタロンの重大な熱的問題を引き起こすほどのものではないと推定している。他の好適な実施形態において、ビームは、レンズ４００と２００との間で集束させることができる。この場合、公知の光学的方法使用して適切なレンズを選択できる。
【０１４７】
パルスエネルギー及び波長のフィードバック制御
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」に全て説明されているように、後続パルスのパルスエネルギーは、前述した各パルスのパルスエネルギーの測定結果に基づいて、所望のパルスエネルギー及び特定の数のパルスの所望の統合線量を維持するように制御される。
【０１４８】
レーザの波長は、波長の測定値、及び、引用により本明細書に組み込まれた米国特許第５，９７８，３９４号「エキシマレーザの波長システム」に説明されている方法等の従来技術で公知の方法を用いて、フィードバック方式で制御することができる。出願人は、最近、圧電駆動装置を利用して調整ミラーを極めて高速で動かすための種々の波長調整方法を開発した。これらの方法の一部は、引用により本明細書に組み込まれた２０００年６月３０出願の米国特許出願番号６０８，５４３「レーザの帯域幅制御方法」に説明されている。以下のセクションでこれらの方法を簡単に説明する。圧電スタックによってレバーアームの支点位置が調整される。
【０１４９】
組み合わせＰＺＴ／ステッピングモータ駆動式調整ミラーを有する新ＬＮＰ
圧電駆動装置の詳細設計
図１６は、出力レーザ光の波長及びパルスエネルギーを制御するのに重要なレーザシステムの特徴を示すブロック図である。
【０１５０】
線幅狭小化は、４プリズムビーム拡張器（１１２ａから１１２ｄ）、調整ミラー１１４、及び格子１０Ｃ３を含む線幅狭小化モジュール１１０によって行われる。非常に狭いスペクトルを実現するために、この線幅狭小化モジュールでは非常に高いビーム拡大が使用される。このビーム拡大は、一般的に従来技術によるマイクロリソグラフィエキシマレーザで使用される２０Ｘから２５Ｘに対して４５Ｘである。更に、前部開口（１１６ａ）及び後部開口（１１６Ｂ）の水平寸法が小さくなっており、即ち、従来技術では約３ｍｍ及び２ｍｍであるのに対して１．６及び１．１ｍｍである。ビームの高さは、７ｍｍに制限される。全てのこれらの測定値によって、帯域幅を約０．５ｐｍ（ＦＷＨＭ）から約０．２ｐｍ（ＦＷＨＭ）に減少させることができる。また、レーザエネルギーパルスは、５ｍＪから約１ｍＪに低減される。しかしながら、これは、この光は１０ｍＪの所望出力が得られるように増幅器において増幅されるので問題にはならない。出力カプラ１１８の反射率は３０％であり、これは、従来技術によるレーザの反射率に近いものである。
【０１５１】
図１６Ｂは、本発明の好適な実施形態の詳細な特徴を示す。ミラー１４の位置の大きな変更は、ステッピングモータによって２６．５：１のレバーアーム８４を介して行われる。この場合、圧電駆動装置８０端部のダイヤモンドパッド８１は、レバーアーム８４の支点で球形の位置決めボールに接触するように設けられる。レバーアーム８４の上部とミラーマウント８６との接触は、レバーアーム上の円筒形ドエルピンと、符号８５で示すミラーマウント上に取り付けられた４つの球面玉軸受け（そのうちの２つのみを図示）によって行われる。圧電駆動装置８０は、圧電マウント８０Ａを用いてＬＮＰフレーム上に取り付けられており、ステッピングモータは、ステッピングモータマウント８２Ａを用いてフレームに取り付けられている。ミラー１４は、３つのアルミニウム製球体（そのうちの１つのみが図１６Ｂ１に図示）を使用して３点マウントを用いてミラーマウント８６に取り付けられている。３本のバネ１４Ａによって、球体に対してミラーを保持するための圧縮力が付与される。この実施形態は、圧電駆動装置をＬＮＰ内の環境から隔離するためのベローズ８７（缶として機能）を含む。この隔離によって、ＵＶによる圧電駆動素子の損傷が防止されると共に、圧電材料からのガス抜けによる汚染の可能性がなくなる。
【０１５２】
事前調整及び能動的調整
前述の種々の実施形態は、チャープ補正以外の目的に使用することができる。集積回路リソグラフィ設備のオペレータは、所定の基準で波長を変更することを望む場合がある。換言すると、目標中心波長λTは固定波長とすることはできないが、特定パターンの後に、又は、初期の履歴波長データ又は他のパラメータを使用した学習アルゴリズムの連続的又は定期的な更新の結果として、所望の頻度で変更することができる。
【０１５３】
適応フィードフォワード
本発明の好適な実施形態は、フィードフォワードアルゴリズムを含む。これらのアルゴリズムは、既知のハースト作動パターンに基づいてレーザオペレータがコード化することができる。もしくは、このアルゴリズムは、レーザ制御によって上記の図表に示したようなバーストパターンが検出された後に、波長シフトを防止するか又は最小限に抑えるために、波長シフトを予期したミラー１４の調整を行う目的での制御パラメータの修正に適応できるようにすることができる。適応フィードフォワード方法は、１つ又はそれ以上前のバーストからのデータから、及びチャープの影響を反転するためのＰＺＴスタックを使用して、ソフトウェアにおいて任意の繰返し率でチャープのモデルを構築する。
【０１５４】
チャープ反転を適切に設計するために、（１）ＰＺＴスイッチのパルス応答、及び、（２）チャープの形状という２つの情報が必要である。各々の繰返し率については、ＰＺＴスタックのパルス応答によるチャープ波形の逆重畳によって、パルスのシーケンスが得られ、このシーケンスは、ＰＺＴスタック（適切な符号を有する）に適用される場合、チャープを取り消す。この計算は、１組の繰返し率での挙動調査によってオフラインで行うことができる。データシーケンスは、パルス番号及び繰返し率によって索引が付されたテーブルに保存することができる。このテーブルは、適応フィードフォワード反転で使用される適切な波形データを収集するために作動中に参照することができる。また、繰返し率が変更される度に作動開始時に幾つかのデータバーストを用いてほぼリアルタイムでチャープ形状モデルを得ることが可能であり、実際に選択されるであろう。チャープ形状モデル及び恐らくはＰＺＴパルス応答モデルも、その後、モデルとデータとの間の蓄積誤差測定値に基づいてＮバースト毎に更新する（例えば、適合させる）ことができる。好適なアルゴリズムを図１６Ｅに示す。
【０１５５】
パルスバーストの始まりのチャープは、図１６Ｅに示すアルゴリズムを使用して制御することができる。記号Ｋは、バースト内のパルス番号を示す。バーストは、ｋ領域及びｌ領域の２つの領域に分離される。ｋ領域は、ｋ番目（チャープを取り囲むのに十分な長さの期間を定義する）未満のパルス番号に関するものである。各パルス番号に対して、別個の比例定数Ｐk、整数定数Ｉk、及び線幅中心誤差ΣＬＣＥkの整数の和が使用される。次のバーストｋ領域内の対応するパルス番号のＰＺＴ電圧は、これらの定数及びその和で決定される。ｋ番目のパルス以降、従来の比例整数ルーチンによりＰＺＴ電圧が制御される。バースト内の次のパルスの電圧は、現在の電圧＋Ｐ＊ＬＣＥ＋Ｉ＊ΣＬＣＥとなる。図１６Ｅは、このアルゴリズムの主な段階を説明するフローチャートを示す。
【０１５６】
振動制御
好適な実施形態において、レーザ室由来の振動による種々の悪影響を低減するために能動的振動制御を適用することができる。この方法の１例として、圧電ロードセルを利用して、ＬＮＰ振動をモニタして、Ｒmaxミラーに対して追加的な制御関数を与えるのに使用されるフィードバック信号をもたらす。この方法は、引用により本明細書に組み込まれた米国特許出願番号０９／７９４，７８２に説明されている。
【０１５７】
他の帯域幅の測定方法
本発明の好適な実施形態によるレーザ光の帯域幅は、従来技術によるリソグラフィレーザと比較すると大幅に低減される。従って、前述のシステムが可能にする精度よりも非常に高い精度の測定システムを備えることが望ましい。この方法の１例は、引用により本明細書に組み込まれた２００１年１０月３１日出願の米国特許出願番号１０／００３，５１３「高分解エタロン格子分光計」に説明されている。帯域幅、即ち、半値幅及び９５％積分帯域幅の両方を測定する、他の高精度の方法は、レーザ部品として組み込むか、又は試験装置として設けることができる。
【０１５８】
レーザ室
熱交換器
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
流路
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
高デューティサイクルＬＮＰ
線幅狭小化パッケージをパージすることは公知である。しかしながら、従来技術では、パージ流が格子面上に直接流れるのを防止することが教示されており、パージ流が一般に格子の背面等の位置に配置されたポートによってもたらされる。しかしながら、出願人は、非常に高い繰返し率では、高温ガス（窒素）の層が格子の面上に形成され、波長に歪みが生じることを発見した。この歪みは、前述した能動的波長制御によって少なくとも部分的に補正することができる。別のアプローチは、図１７に示すように回折格子面をパージすることである。図１７では、長さ１０インチ、直径３／８インチのパージ管６１の上部の小さな孔（１／４インチ間隔で１ｍｍ）によってパージ流が形成される。パージ流は、以下のセクションで説明するように純粋な窒素供給源からの窒素とすることができる。しかしながら、ＬＮＰの場合、ＬＮＰ構成部品から熱を取り除く際にはヘリウムの方が有効であることから、ヘリウムは好適なパージガスである。他の方法を図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃに示す。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
ＬＮＰのヘリウムパージ
好適な実施形態において、ＬＮＰ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。
【０１７７】
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１９Ｃ、図１９Ｄ、図１９Ｅ、及び図１９Ｆは、その出願から抜粋したものである。図１９Ｃは、前述の主発振器と類似のガス放電システムの各構成部品間のベローズシールを示す図である。図１９Ｄは、モータとＬＮＰエンクロージャとの間の境界面をシールするための、ＬＮＰステッピングモータ配置に対するベローズ配置を含む変更を示す。図１９Ｅは、ＬＮＰの加熱を最小限に抑えると共にヘリウムでパージできるようにＬＮＰ入口を取り囲む、ＬＮＰ用の熱的に切り離された開口を示す。ヘリウムは、図１９Ｃにおいて符号９５で示すようにレーザ室窓ユニットを通ってＬＮＰから出る。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。図１９Ｇは、波長計の高強度部をパージするための特別なパージ配置を示す。
【０１７８】
システムの利点
本明細書で説明するシステムでは、特にＡｒＦレーザ及び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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
特別なＦ2レーザの特徴
以上の説明は、一般的にＡｒＦレーザシステムに直接適用されるが、その特徴のほぼ全ては、本業界では公知の僅かな変更でＫｒＦレーザにも同じように適用できる。しかしながら、本発明のＦ2バージョンでは幾つかの重大な変更が必要とされる。これらの変更点には、ＬＮＰの場所での線幅選択器及び／又は２つの室間、又は電力増幅器の下流での線幅選択器が含まれる。線幅選択器は、一群のプリズムであることが好ましい。出力ビームの偏光を改善するために、ビームと約＊  °の角度で配向される透明板を室間に使用することができる。出力ビームのコヒーレンスを低減するために、拡散器を室間に付加することができる。
【０１８３】
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。帯域幅の能動的フィードバック制御は、図２２Ａに示す屈曲機構を調節するためにモータ駆動装置を使用して線幅狭小化回折格子の曲率を調整することによって行うことができる。あるいは、圧電素子を使用して回折格子の曲率を制御することによって更に高速の帯域幅制御を行うことができる。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。波長計エタロン及び格子データを波長値に変換するアルゴリズムの多くの変更例及び変形例が可能である。例えば、出願人は、エタロン光学系の集束誤差から非常に小さな誤差が生じ、これによって、線幅測定値が実際よりも大きくなることを見出した。この誤差は、測定されるエタロン干渉縞の径が大きくなるにつれて若干大きくなる。これは、レーザ及び波長の範囲を走査して測定された干渉縞が窓を出るときの段階的な変化を観察すれば補正できる。次に、窓内の測定された干渉縞の位置に基づいて補正係数を決定することができる。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。好適な実施形態の帯域幅は０．２ｐｍ未満とすることができることから、更に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】
【０１８４】
【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２Ａ】放電室の特徴を示す。
【図３Ａ】２経路ＭＯＰＡを示す。
【図３Ｂ】２経路ＭＯＰＡ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６Ａ１】種々のＭＯＰＡ構成及び試験結果を示す。
【図６Ａ２】種々のＭＯＰＡ構成及び試験結果を示す。
【図６Ｂ】試作ＭＯＰＡシステムの試験結果を示す。
【図６Ｃ】試作ＭＯＰＡシステムの試験結果を示す。
【図６Ｄ】試作ＭＯＰＡシステムの試験結果を示す。
【図６Ｅ】試作ＭＯＰＡシステムの試験結果を示す。
【図７】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図７Ａ】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図８】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図９Ａ】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図９Ｂ】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１０】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１０Ａ】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１１】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１２】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１２Ａ】パルス電力システム構成部品の特徴を示す。
【図１２Ｂ】パルス電力システム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１４】波長計の構成部品を示す。
【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】フォトダイオードアレイの高速読み取り方法を示す。
【図１６】主発振器の微細線幅狭小化の方法を示す。
【図１６Ａ】ＰＺＴ制御式ＬＮＰを示す。
【図１６Ｂ】ＰＺＴ制御式ＬＮＰを示す。
【図１６Ｃ】ＰＺＴ制御式ＬＮＰの使用結果を示す。
【図１６Ｄ】ＬＮＰを制御するための方法を示す。
【図１６Ｅ】ＬＮＰを制御するための方法を示す。
【図１７】格子面をパージするための方法を示す。
【図１７Ａ】格子面をパージするための方法を示す。
【図１７Ｂ】格子面をパージするための方法を示す。
【図１７Ｃ】格子面をパージするための方法を示す。
【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】
【０１８５】
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】
2005502209.tif 000005
【図１Ａ】
2005502209.tif 000006
【図１Ｂ】
2005502209.tif 000007
【図１Ｃ】
2005502209.tif 000008
【図１Ｃ１】
2005502209.tif 000009
【図１Ｄ】
2005502209.tif 000010
【図２】
2005502209.tif 000011
【図３Ａ】
2005502209.tif 000012
【図３Ｂ】
2005502209.tif 000013
【図４】
2005502209.tif 000014
【図４Ａ】
2005502209.tif 000015
【図４Ｂ】
2005502209.tif 000016
【図４Ｃ】
2005502209.tif 000017
【図５Ａ】
2005502209.tif 000018
【図５Ｂ】
2005502209.tif 000019
【図５Ｃ１】
2005502209.tif 000020
【図５Ｃ３】
2005502209.tif 000021
【図５Ｄ】
2005502209.tif 000022
【図６Ａ１】
2005502209.tif 000023
【図６Ａ２】
2005502209.tif 000024
【図６Ｂ】
2005502209.tif 000025
【図６Ｃ】
2005502209.tif 000026
【図６Ｄ】
2005502209.tif 000027
【図６Ｅ】
2005502209.tif 000028
【図７Ａ】
2005502209.tif 000029
【図１１】
2005502209.tif 000030
【図１２】
2005502209.tif 000031
【図１２Ｂ】
2005502209.tif 000032
【図１３】
2005502209.tif 000033
【図１４】
2005502209.tif 000034
【図１４Ａ】
2005502209.tif 000035
【図１４Ｂ】
2005502209.tif 000036
【図１４Ｄ】
2005502209.tif 000037
【図１５】
2005502209.tif 000038
【図１６】
2005502209.tif 000039
【図１６Ａ】
2005502209.tif 000040
【図１６Ｂ１】
2005502209.tif 000041
【図１６Ｃ】
2005502209.tif 000042
【図１６Ｄ】
2005502209.tif 000043
【図１６Ｅ】
2005502209.tif 000044
【図１７】
2005502209.tif 000045
【図１７Ａ】
2005502209.tif 000046
【図１７Ｂ】
2005502209.tif 000047
【図１７Ｃ】
2005502209.tif 000048
【図１８】
2005502209.tif 000049
【図１９】
2005502209.tif 000050
【図１９Ａ】
2005502209.tif 000051
【図１９Ｂ】
2005502209.tif 000052
【図１９Ｃ】
2005502209.tif 000053
【図１９Ｄ】
2005502209.tif 000054
【図１９Ｅ】
2005502209.tif 000055
【図１９Ｇ】
2005502209.tif 000056
【図２０】
2005502209.tif 000057
【図２０Ａ】
2005502209.tif 000058
【図２０Ｂ】
2005502209.tif 000059
【図２２Ａ】
2005502209.tif 000060
【図２２Ｂ１】
2005502209.tif 000061
【図２２Ｂ２】
2005502209.tif 000062
【図２２Ｃ】
2005502209.tif 000063
【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）】
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2005502209.tif 000203
【国際調査報告】
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