【手続補正書】
【提出日】平成13年7月10日(2001.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】エネルギー安定化ガス放電レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および１００ｐｐｍより多いキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を具備するＡｒＦレーザ。
【請求項２】前記混合ガスが２０００ｐｐｍより少ないキセノンを含む請求項１に記載のＡｒＦレーザ。
【請求項３】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびエネルギー減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備え、
前記混合ガス内の前記ガス添加物の濃度を調整して前記レーザビームのエネルギー安定性を制御するＡｒＦレーザ。
【請求項４】前記混合ガス内のガス添加物の濃度をも調整して、前記レーザがバーストモードで動作しているときに前記レーザビームのエネルギーのオーバーシュートを制御する請求項３に記載のレーザ。
【請求項５】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびエネルギー減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記レーザがバーストモードで動作しているときに前記混合ガス内のキセノンの濃度を調整して前記レーザビームのエネルギーのオーバーシュートを制御するＡｒＦレーザ。
【請求項６】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーのオーバーシュートを２０％より少なくなるように制御する請求項４または５に記載のレーザ。
【請求項７】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを１０％より少なくなるように制御する請求項４または５に記載のレーザ。
【請求項８】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを５％より少なくなるように制御する請求項４または５に記載のレーザ。
【請求項９】前記混合ガス内のガス添加物の濃度をも調整して前記レーザビームのパルスエネルギーとエネルギー線量の一つを制御する請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１０】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記混合ガス内の前記ガス添加物の濃度をレーザ動作中に活発に調整してパルスエネルギーを制御するＡｒＦレーザ。
【請求項１１】前記混合ガス内のガス添加物の濃度を調整して、前記パルスエネルギーを略３．５ｍＪと１５ｍＪの間の範囲で制御する請求項１０に記載のＡｒＦレーザ。
【請求項１２】前記混合ガス内のガス添加物の濃度を調整して、前記パルスエネルギーを略４．０ｍＪと５．５ｍＪの間の範囲で制御する請求項１０に記載のＡｒＦレーザ。
【請求項１３】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーのオーバーシュートを２０％より少なくなるように制御する請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１４】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを１０％より少なくなるように制御する請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１５】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを５％より少なくなるように制御する請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１６】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および１２ｐｐｍより多いキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、
シリコンウェハー上で前記レーザビームを撮像するための光学部品を有する撮像システムと、を含むＡｒＦレーザシステムを含む、前記シリコンウェハー上に構造物をフォトリソグラフィによって形成するためのシステム。
【請求項１７】前記ＡｒＦレーザが更に、レーザ動作中に前記混合ガスを定期的に補充するためのガス・ハンドリング・ユニットを備える請求項１６に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項１８】前記ＡｒＦレーザが更に、前記レーザビームの一つまたはそれ以上のパラメータを観測すると共に前記一つまたはそれ以上のパラメータの検出値に基いて前記混合ガスを補充するプロセッサを備える請求項１７に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項１９】前記撮像システムが全反射光学器を備えると共に前記ＡｒＦレーザが更に前記ＡｒＦレーザの帯域幅を１００ｐｍより小さい値まで減少させるための狭線幅化ユニットを備える請求項１６に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項２０】前記撮像システムが屈折光学器を備えると共に前記ＡｒＦレーザが更に前記ＡｒＦレーザの帯域幅を０．８ｐｍより小さい値まで減少させるための狭線幅化ユニットを備える請求項１６に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項２１】前記ウェハー上に前記構造物を形成するためのマスクと焦点板の一つを備える請求項１６に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項２２】波長較正用の観測エタロンを備える請求項１６に記載のフォトリソグラフィ・エッチング・システム。
【請求項２３】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記出力レーザビームが規定エネルギーを有し、前記放電回路が、前記電極に印加されたときに前記混合ガス内の前記減衰ガス添加物なしで前記規定エネルギーより大きいレーザビームを生成する最小駆動電圧の範囲またはそれ以上でのみ動作駆動電圧を前記電極に印加するように構成されるＡｒＦレーザ。
【請求項２４】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および１７ｐｐｍまたはそれ以上のキセノン減衰器を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記レーザの出力パルスエネルギーが、前記キセノンが前記混合ガス内に含まれていない場合のエネルギーよりも小さいＡｒＦレーザ。
【請求項２５】キセノン濃度が３０ｐｐｍまたはそれ以上である請求項２４に記載のレーザ。
【請求項２６】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、
レーザ筐体内へ内部でキセノンガスを供給するガス制御ユニットと、を備えるＡｒＦレーザ。
【請求項２７】前記ガス制御ユニットが、キセノンガスを供給するための制御環境内で凝縮物キセノンを供給するキセノン発生器を備える請求項２６に記載のＡｒＦレーザ。
【請求項２８】クリプトン、フッ素、緩衝ガス、および１００ｐｐｍより多いキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備えるＫｒＦレーザ。
【請求項２９】前記混合ガスが２０００ｐｐｍより少ないキセノンを含んでいる請求項２８に記載のＫｒＦレーザ。
【請求項３０】クリプトン、フッ素、緩衝ガス、および減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記混合ガス内の減衰ガス添加物の濃度を調整して前記レーザビームのエネルギー安定性を制御するＫｒＦレーザ。
【請求項３１】前記混合ガス内のガス添加物の濃度をも調整して、前記レーザがバーストモードで動作しているときに前記レーザビームのエネルギーのオーバーシュートを制御する請求項３０に記載のレーザ。
【請求項３２】クリプトン、フッ素、緩衝ガス、および減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記混合ガス内の減衰ガス添加物の濃度を調整して前記レーザがバーストモードで動作しているときに前記レーザビームのエネルギーのオーバーシュートを制御するＫｒＦレーザ。
【請求項３３】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを２０％より少なくなるように制御する請求項３１または３２に記載のレーザ。
【請求項３４】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを１０％より少なくなるように制御する請求項３１または３２に記載のレーザ。
【請求項３５】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを５％より少なくなるように制御する請求項３１または３２に記載のレーザ。
【請求項３６】前記混合ガス内のガス添加物の濃度をも調整して前記レーザビームのパルスエネルギーとエネルギー線量の一つを制御する請求項３０〜３２のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項３７】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記混合ガス内のガス添加物の濃度をレーザ動作中に活発に調整してパルスエネルギーを制御するＫｒＦレーザ。
【請求項３８】前記混合ガス内のガス添加物の濃度を調整して、前記パルスエネルギーを略３．５ｍＪと１５ｍＪの間の範囲で制御する請求項３７に記載のＫｒＦレーザ。
【請求項３９】前記混合ガス内のガス添加物の濃度を調整して、前記パルスエネルギーを略４．０ｍＪと５．５ｍＪの間の範囲で制御する請求項３７に記載のＫｒＦレーザ。
【請求項４０】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを２０％より少なくなるように制御する請求項３９に記載のレーザ。
【請求項４１】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを１０％より少なくなるように制御する請求項３９に記載のレーザ。
【請求項４２】前記ガス添加物の濃度の調整によって前記エネルギーオーバーシュートを５％より少なくなるように制御する請求項３９に記載のレーザ。
【請求項４３】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および１２ｐｐｍより多いキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、
シリコンウェハー上で前記レーザビームを撮像するための光学部品を有する撮像システムとを有するＫｒＦレーザシステムを含む、前記シリコンウェハー上に構造物をフォトリソグラフィによって形成するためのシステム。
【請求項４４】前記ＫｒＦレーザが更に、レーザ動作中に前記混合ガスを定期的に補充するためのガス・ハンドリング・ユニットを備える請求項４３に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項４５】前記ＫｒＦレーザが更に、前記レーザビームの一つまたはそれ以上のパラメータを観測すると共に前記一つまたはそれ以上のパラメータの検出値に基いて前記混合ガスを補充するためのプロセッサを備える請求項４４に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項４６】前記撮像システムが全反射光学器を備えると共に前記ＫｒＦレーザが更に前記ＫｒＦレーザの帯域幅を１００ｐｍより小さい値まで減少させるための狭線幅化ユニットを備える請求項４３に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項４７】前記撮像システムが屈折光学器を備えると共に前記ＫｒＦレーザが更に前記ＫｒＦレーザの帯域幅を０．８ｐｍより小さい値まで減少させるための狭線幅化ユニットを備える請求項４３に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項４８】前記ウェハー上に前記構造物を形成するためのマスクと焦点板の一つを備える請求項４３に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項４９】波長較正用の観測エタロンを備える請求項４３に記載のフォトリソグラフィ形成システム。
【請求項５０】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、および減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記出力レーザビームが規定エネルギーを有し、前記放電回路が、前記電極に印加されたときに前記混合ガス内の前記減衰ガス添加物なしで前記規定エネルギーより大きいレーザビームを生成する最小駆動電圧の範囲またはそれ以上でのみ動作駆動電圧を前記電極に印加するように構成されるＫｒＦレーザ。
【請求項５１】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびレーザのパルスエネルギーを減衰させるための１７ｐｐｍまたはそれ以上のキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備えるＫｒＦレーザ。
【請求項５２】キセノン濃度が３０ｐｐｍまたはそれ以上である請求項５１に記載のレーザ。
【請求項５３】アルゴン、フッ素、緩衝ガス、およびキセノンを含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、
レーザ筐体内へキセノンガスを供給するガス制御ユニットと、を備えるＫｒＦレーザ。
【請求項５４】前記ガス制御ユニットが、キセノンガスを供給するための制御環境内で凝縮物キセノンを供給するキセノン発生器を備える請求項５３に記載のＫｒＦレーザ。
【請求項５５】活性希ガス、ハロゲン含有ガス、緩衝ガス、および前記活性希ガスと前記緩衝ガス以外の全ての希ガスからなるグループから選択された減衰希ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
規定エネルギーで出力ビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記規定エネルギーが前記混合ガス内の減衰希ガス添加物なしでレーザが出力するエネルギーよりも少ない、前記規定エネルギーで出力ビームを発生するためのエキシマレーザまたはフッ素分子レーザ。
【請求項５６】前記放電回路が、前記電極に印加されたときに前記混合ガス内のキセノンなしで前記規定エネルギーより大きいレーザビームを生成する最小駆動電圧の範囲またはそれ以上でのみ動作駆動電圧を前記電極に印加するように構成される請求項５５に記載のレーザ。
【請求項５７】活性希ガス、ハロゲン含有ガス、緩衝ガス、および出力ビームを規定エネルギーに減少させるための微量の減衰ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
前記規定エネルギーで前記出力ビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備える、前記規定エネルギーで出力ビームを発生するためのエキシマレーザまたはフッ素分子レーザシステム。
【請求項５８】前記放電回路が、前記電極に印加されたときに前記減衰ガス添加物なしで前記規定エネルギーより大きいレーザビームを生成する最小駆動電圧の範囲またはそれ以上でのみ動作駆動電圧を前記電極に印加するように構成される請求項５７に記載のレーザ。
【請求項５９】フッ素、緩衝ガス、およびアルゴン、キセノンおよびクリプトンからなるグループから選択された微量の希ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
約１５７ｎｍの出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備えるフッ素分子レーザ。
【請求項６０】前記ガス添加物が前記レーザビームのエネルギーを減衰させる請求項５９に記載のフッ素分子レーザ。
【請求項６１】前記出力レーザビームが規定エネルギーを有し、前記放電回路が、前記電極に印加されたときに前記混合ガス内の前記微量のガス添加物なしで前記規定エネルギーより大きいレーザビームを生成する最小駆動電圧の範囲またはそれ以上でのみ動作駆動電圧を前記電極に印加するように構成される請求項５９に記載のフッ素分子レーザ。
【請求項６２】前記混合ガス内のガス添加物の濃度を示すパラメータを観測するための検出器と、前記観測したパラメータの値に基いて前記ガス添加物を補充するためのガス制御ユニットを備える請求項５９に記載のフッ素分子レーザ。
【請求項６３】前記ガス制御ユニットがガス添加物の内部供給を行う請求項６２に記載のフッ素分子レーザ。
【請求項６４】前記ガス添加物がキセノンであり、前記ガス制御ユニットが、キセノンガスを供給するための制御環境内で凝縮物キセノンを供給するキセノン発生器を備える請求項６２に記載のフッ素分子レーザ。
【請求項６５】レーザを微量の減衰ガス物質を含む混合ガスで充填するステップと、
所定放電電圧におけるレーザシステムの出力エネルギーを測定するステップと、
前記所定放電電圧におけるレーザシステムの出力エネルギーを減少させるために前記混合ガスにもっと多くの前記ガス物質を添加するステップと、を備える、レーザ部品の寿命を延ばすためにエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法。
【請求項６６】前記所定放電電圧が前記レーザに対して可能な最小電圧である請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】前記添加ステップが、前記出力エネルギーを前記添加ステップを実行することなしでは得られない選択されたエネルギーに減少させる請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】先行ステップを後で繰り返すと共に、前記出力エネルギーを元のステップ後と同じエネルギーに減少させるためにもっと少量の前記減衰ガス物質を添加する請求項６５または６７に記載の方法。
【請求項６９】前記充填ステップと測定ステップを更に後で繰り返すと共に、前記出力エネルギーが元のステップ後と同じエネルギーであるためにガス添加物を添加しない請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】前記減衰物質がキセノンである請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】前記減衰物質がキセノンである請求項６５〜６７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７２】エネルギー安定性の値を選択するステップと、
前記エネルギー安定性を制御して前記の選択値にするために選択された量の減衰ガスを含む混合ガスをレーザに充填するステップ、とを備える、微量のエネルギー減衰ガスを含む混合ガスを有すると共に出力レーザビームを放射するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを初期化する方法。
【請求項７３】前記レーザビームのエネルギー安定性を測定するステップと、前記減衰ガスの濃度を調整して前記エネルギー安定性の値を制御するステップと、を備える請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】エネルギーオーバーシュートの値を選択するステップと、
エネルギーオーバーシュートを制御して前記選択値にするために選択された量のエネルギー減衰ガスを含む混合ガスをレーザに充填するステップと、を備える、微量のエネルギー減衰ガスを含む混合ガスを有すると共にバーストモードで出力レーザビームを放射するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを初期化する方法。
【請求項７５】前記レーザビームのエネルギーオーバーシュートを測定するステップと、前記エネルギー減衰ガスの濃度を調整して前記エネルギーオーバーシュートの値を制御するステップとを備える請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】ある放電電圧でのパルスエネルギの値を選択するステップと、
パルスエネルギを減衰させて前記選択値にするために選択された量のガス添加物を含む混合ガスをレーザに充填するステップと、を備える、微量の減衰ガス添加物を含む混合ガスを有すると共にバーストモードで出力レーザビームを放射するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを初期化する方法。
【請求項７７】前記レーザビームのパルスエネルギーを測定するステップと、前記ガス添加物の濃度を調整して前記パルスエネルギーの値を制御するステップと、を備える請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、各出力パルスのエネルギーが最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
もし減衰ガスが混合ガス内に存在しなかったならば、例えレーザが前記最小電圧で励起されたとしても、パルスあたりのエネルギーが前記最大レベルを超えるように選択された前記混合ガス内のガス混合比をもった微量の減衰ガスであって、前記レーザに前記所定範囲内のエネルギーを有するパルスを発生させる減衰ガスを含む前記混合ガスで前記放電チャンバを充填するステップと、
前記レーザ混合ガスの経過時間にわたって前記混合ガスの成分を調整するステップであって、前記混合ガスが古くなってもパルス当たりのエネルギーを前記所定範囲内に維持することができるように前記混合ガス内の前記減衰ガスの濃度を低下させるステップと、を備えた方法。
【請求項７９】前記減衰ガスがキセノンである請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】前記レーザパルスのエネルギーを観測するステップと、電圧を調整してパルス当たりのエネルギーを前記所定範囲内に維持するステップとを備える請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】前記減衰ガスの比率を調整してパルス当たりのエネルギーを前記所定範囲内に維持するステップを備える請求項７８〜８０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８２】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、各出力パルスのエネルギーが最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
前記レーザ出力パルスのエネルギーを観測するステップと、
電圧を調整してパルス当たりのエネルギーを前記所定範囲内に維持するステップと、
レーザ動作中の減衰ガスの比率を調整してパルス当たりのエネルギーを前記所定範囲内に維持するステップと、を備えた方法。
【請求項８３】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、エネルギー線量が最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
もし減衰ガスが前記混合ガス内に存在しなかったならば、例えレーザが最小電圧で励起されたとしても、前記エネルギー線量が前記最大レベルを超えるように選択された前記混合ガス内のガスの比率をもった微量の前記減衰ガスであって、前記レーザに前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持するようなパルスを発生させる減衰ガスを含む前記混合ガスで前記放電チャンバを充填するステップと、
前記レーザ混合ガスの経年時間に渡って前記混合ガスの成分を調整するステップであって、前記混合ガスが古くなっても前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持することができるように前記混合ガス内の前記減衰ガスの濃度を低下させるステップと、を備えた方法。
【請求項８４】前記減衰ガスがキセノンである請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】前記エネルギー線量を観測するステップと、電圧を調整して前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持するステップとを備える請求項８３に記載の方法。
【請求項８６】前記減衰ガスの比率を調整して前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持するステップを備える請求項８３〜８５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８７】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、エネルギー線量が最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
前記エネルギー線量を観測するステップと、
電圧を調整して前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持するステップと、
レーザ動作中の減衰ガスの比率を調整して前記エネルギー線量を前記所定範囲内に維持するステップと、を備えた方法。
【請求項８８】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、エネルギー安定性が最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
もし減衰ガスが前記の混合ガス内に存在しなかったならば、前記エネルギー安定性が前記最小レベルをより小さくなるように選択された前記混合ガス内のガスの比率をもった微量の前記減衰ガスであって、前記レーザに前記エネルギー安定性を前記所定範囲内に維持するようなパルスを発生させる減衰ガスを含む前記混合ガスで前記放電チャンバを充填するステップを備えた方法。
【請求項８９】エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを動作させる方法であって、レーザ混合ガスを保持するための放電チャンバを有するレーザであり、しかも、最小電圧と最大電圧の範囲の励起電圧を発生して出力レーザパルスを作るための電気放電回路を有すると共に、エネルギーオーバーシュートが最小レベルと最大レベルによって決まる所定範囲内になるレーザを動作させる方法において、
もし減衰ガスが前記の混合ガス内に存在しなかったならば、前記エネルギーオーバーシュートが前記最大レベルを超えるように選択された前記混合ガス内のガスの比率をもった微量の前記減衰ガスであって、前記レーザに前記エネルギーオーバーシュートを前記所定範囲内に維持するようなパルスを発生させる前記減衰ガスを含む混合ガスで前記放電チャンバを充填するステップを備えた方法。
【請求項９０】前記減衰ガスが、キセノン、クリプトン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項３，５、または２３のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項９１】前記ガス添加物が、キセノン、クリプトン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項１０に記載のレーザ。
【請求項９２】前記減衰ガスが、キセノン、アルゴン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項３０、３２または５０のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項９３】前記ガス添加物が、キセノン、アルゴン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項３７に記載のレーザ。
【請求項９４】前記減衰ガスが、キセノン、アルゴン、クリプトン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項５６に記載のレーザ。
【請求項９５】前記減衰ガスが、キセノン、アルゴン、クリプトン、ＷＦｘ、ＰｔＦｘ、クロム含有物質、アルミニウム含有物質、シリコン含有物質、ＨＦ、ＨＦ２、オゾン、水銀、ハフニウム、ＣＲＯｘ、ＦＯｘ、ＡｌＯｘ、ＨＦｘ、ＣＦ２、ＣＦ４、ＣＦ６、ＣＦ８、ＣＦ３、ＣｒＯＦ２、ＣｒＯＦ、ＣｒＯ２Ｆ、ＣｒＯ２Ｆ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ、ＳｉＦ４、ＳｉＦ、ＯＦ、Ｏ２Ｆ、ＯＦ２、Ａｌ、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ２、ＡｌＦ、ＡｌＦ２、Ｎ、Ｎ２、Ｎｘ、Ｃ、Ｃ２、Ｃｘ、Ｈ、Ｈ２、Ｈｘ、Ｏ、およびＯｘからなるグループ（ｘは３〜１６のいずれかの整数）から選択される請求項６４，７１，７３，７５，７７，８１，８２，８６，８７、または８８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９６】活性希ガス、ハロゲン含有物質、緩衝ガス、微量の第１ガス添加物および微量の第２ガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器と、を備えるエキシマレーザまたはフッ素分子レーザ。
【請求項９７】前記第１ガス添加物がキセノンである請求項９６に記載のレーザ。
【請求項９８】前記第２ガス添加物が酸素である請求項９７に記載のレーザ。
【請求項９９】前記第１ガス添加物の濃度を調整してエネルギーオーバーシュートとエネルギー安定性の少なくとも一つを制御し、前記第２ガス添加物の濃度を調整して出力エネルギーを制御する請求項９６に記載のレーザ。
【請求項１００】前記第１ガス添加物の濃度と第２ガス添加物の濃度を調整してエネルギーオーバーシュートとエネルギー安定性と出力エネルギーの少なくとも一つを制御する請求項９６に記載のレーザ。
【請求項１０１】活性希ガス、０．１％より少ないフッ素、緩衝ガス、および微量のガス添加物を含む混合ガスで初期充填された放電チャンバと、
前記混合ガスを励起するための放電回路に接続された前記放電チャンバ内の複数の電極と、
出力レーザビームを発生するための前記放電チャンバを囲む共振器とを備え、
前記フッ素濃度が最大レーザ出力エネルギーを生じる濃度よりも少なく、前記微量のガス添加物の濃度を選択して前記の減少した出力エネルギーを補償するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザ。
【請求項１０２】前記フッ素濃度が０．０８％よりも少ない請求項１０１に記載のレーザ。
【請求項１０３】前記ガス添加物がキセノンである請求項１０１または１０２に記載のレーザ。
【請求項１０４】１ｋＨｚ以上の繰り返し速度で動作するように構成される請求項１、３、５、１０、２３、２４、２６、３０、３２、３７、５０、５１、５３、５７、または５８のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１０５】４ｋＨｚ以上の繰り返し速度で動作するように構成される請求項１０４に記載のレーザ。
【請求項１０６】前記レーザが１ｋＨｚ以上の繰り返し速度で動作するように構成される請求項１６または４３に記載のシステム。
【請求項１０７】前記レーザが４ｋＨｚ以上の繰り返し速度で動作するように構成される請求項１０６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（優先権）
本出願は、２０００年２月４日に出願された米国特許出願番号０９／４９８，１２１と２０００年１月１８日に出願された米国特許出願番号０９／４８４，８１８に対する優先権を主張すると共に、１９９９年１０月１８日に出願された仮出願６０／１６０，１２６と、１９９９年３月３１日に出願された仮出願６０／１２７，０６２と、２０００年１月２７日に出願された仮出願６０／１７８，６２０に対する優先権を主張する部分継続出願であり、これらの出願は本出願の明細書中に引用により組み込まれている。
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、ガス放電レーザに関し、特に、ハロゲン含有物質（ｓｐｅｃｉｅｓ）、活性希ガス、緩衝ガス（ｂｕｆｆｅｒ ｇａｓ）、および、パルスからパルスまでとピークからピークまでのエネルギー安定性、エネルギー線量（ｅｎｅｒｇｙ ｄｏｓｅ）安定性、およびバースト・エネルギー・オーバーシュート制御を改善するためと、レーザシステム部品の寿命を延ばすためのキセノン添加物、などの最適濃度の特定成分ガス（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｇａｓ）を含んだ混合ガスを有するエキシマレーザとフッ素分子レーザ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｌａｓｅｒ）に関する。
２．関連技術の説明
「エキシマレーザ」という用語は、レーザ媒体（ｌａｓｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ）がエキシマ（例えば、Ａｒ２＊）、エキシプレックス（ｅｘｃｉｐｌｅｘ）（例えば、ＡｒＦ＊）、またはトリマー（ｔｒｉｍｅｒ）（例えば、Ｋｒ２Ｆ＊）を含むガスレーザのことである。すべてに共通する特徴は、安定した基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）を有しない高励起分子（ｈｉｇｈｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）を作り出すガス放電である。以下の発明は主として、レーザ媒体がハロゲン含有物、特にフッ素含有エキシプレックス（例えば、ＡｒＦ＊およびＫｒＦ＊）より成るエキシマレーザに関するものである。更に、本発明はフッ素分子（Ｆ２）レーザに関するものである。
【０００２】
エキシマレーザと分子ガスレーザの科学、医学および産業上の数多くの応用において、放射（ｅｍｉｔ）される放射線パルス（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｕｌｓｅ）が安定した（一定の）エネルギーを持つことが重要である。ガスレーザにおいては、ガス放電の条件および特性が変わりうるという事実が、放射される放射線（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）のパルスからパルスまでの一定エネルギーの達成に影響を与える。ガス放電の特性および条件は、適切な制御によって正確な再現性（ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）の著しい向上を可能にする数多くのパラメータに依存している。その結果、放射されるレーザ放射線パルスのエネルギーが、パルスからパルスまで正確に一定に保たれないことになる。より大きなパルスからパルスまでの安定性を実証するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを有することが望ましい。
【０００３】
エネルギーの安定性を、応用例に基づくレーザビームの種々の特性によって述べる。これらの特性の一つは、多数のレーザパルスのエネルギーの分布（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）についての標準偏差シグマ（ｓｉｇｍａ）である。多くの応用例がレーザ出力を連続的にではなく光パルスのバーストで使うので、その他のパラメータも安定性のために使われる。（米国特許５，４６３，６５０を参照。この特許は本出願の明細書の中に引用により組み込まれており、特に背景の説明に使われている）。ウェハスキャナ（ｗａｆｅｒ ｓｃａｎｎｅｒ）用光源（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）としての光学リソグラフィーにおけるエキシマレーザビームまたはフッ素分子レーザビームの具体的な応用では、エネルギー線量の安定性が重要である。（本出願と同じ被譲渡人に譲渡されている米国特許第５，１４０，６００号と、Ｔｈｅ ＳｏｕｒｃｅＴＭ（登録商標）（Ｃｙｍｅｒ， Ｉｎｃ．）の第１巻第２版（１９９９年夏）を参照。これらは本出願に引用により組み込まれている）。
【０００４】
もう一つの重要な特性は、ピークからピークまでの安定性である。ピークからピークまでのエネルギーの安定性の値を測定するために、レーザパルスエネルギーがある間隔にわたって蓄積される。平均レーザパルスエネルギーに関する最大エネルギーと最小エネルギーの間の絶対差がピークからピークまでの安定性として定義される。
【０００５】
バーストモードの応用において特に興味のあるのは、図１に示すようなエネルギーのオーバーシュートが重要な特性であるということである。エネルギーのオーバーシュートあるいはスパイク（ｓｐｉｋｉｎｇ）は、レーザがバーストモードにおいて放電チャンバーで一定高電圧で動作していて、バーストの最初の数パルスがその後のパルスよりも高いエネルギーを有するときに、観測される。（本明細書に引用により組み込まれている米国特許５，７１０，７８７および５，４６３，６５０を参照）。エネルギーのオーバーシュート（図１に示したＯＶＳ）は、バーストの最初のパルスのエネルギーと、バースト全体の定常状態エネルギーとの間の差として定義される。
【０００６】
ガス放電の品質そしてまた放射されるレーザ放射線パルスのパルスエネルギーは、外部電気回路、ガス放電電極の構成と形、予備イオン化（ｐｒｅ−ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）の形式と質、などの特性といったガス放電条件の変化に依存し、かつ敏感に変化する。レーザガス放電チャンバー内の混合ガス（ｇａｓ ｍｉｘｔｕｒｅ）の純度とガスの組成もまた非常に重要である。ある種の小さな不純物でさえも、放射される放射線パルスのエネルギー、それらのエネルギーの安定性（一つの点火（ｆｉｒｉｎｇ）から次の点火までのレーザパルスあたりのエネルギーの同一性（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ））、レーザビームのプロフィールにおける強度分布、レーザガスの寿命、および個々の光学部品およびその他のレーザ部品の寿命にとって非常に有害であることが知られている。ガスの中のそのような不純物は、非常に初期の段階から混合ガスの中に存在するか、レーザの動作中に、例えば、レーザ混合ガス（例えば、ハロゲン混合ガス）の反応成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とレーザチャンバー材との間の相互作用によって、あるいは、その材料からの拡散または混合ガス内の化学的反応によって生じる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザの動作中には、ＨＦ， ＣＦ４， ＣＯＦ２， ＳｉＦ４のような汚染物質（ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ）が急速に濃度を増すことが観測されている。（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ第３１巻第１２号（１９９９２年４月２０日）の１９７５〜１９８１頁に掲載されたＧ．Ｍ．Ｊｕｒｉｓｃｈ外による論文「放電励起ＫｒＦレーザにおけるガス汚染物質の影響（Ｇａｓ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ ＫｒＦ Ｌａｓｅｒｓ）」を参照）。静的なＫｒＦレーザ混合ガス、すなわち放電運転を行っていないものに対しては、ＨＦ， Ｏ２， ＣＯ２ およびＳｉＦ４の濃度の増加が観測されている。（Ｊｕｒｉｓｃｈ外による上記論文参照）。
【０００７】
混合ガスにある種の物質を追加すると、放射される放射線の特定の特性を改善することができることが知られている。例えば、米国特許第５，３０７，３６４号および５，９８２，８００号（本明細書に引用により組み込れている）では、レーザ動作中に放射される放射線の再現性をより大きくするために少量の酸素を混合ガスに加えることが提案されている。しかしながら、酸素は不活性ガスではなく、放射強度曲線の均一性および混合ガスの寿命といったエキシマレーザのその他のパラメータに対する影響はいまだ完全に分かっておらず、事実有害であるかも知れない。酸素、特に酸素原子（ａｔｏｍｉｃ ｏｘｙｇｅｎ）とガス放電において生じうるオゾンは、きわめて化学的に反応性（ｒｅａｃｔｉｖｅ）があり、レーザ混合ガスに及ぼす影響は極めて有害でありうるもので、長期間動作中においては特にそうである。酸素があるとＯＦ２やＦＯＮＯのようなそれ以外の安定な不純物がエキシマレーザ混合ガス内に生じる。これらはレーザ照射（ｌａｓｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）あるいは予備イオン化放射に対しかなりの吸収効果を有しうる。エキシマレーザの放射インパルス（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｍｐｕｌｓｅ）のエネルギーを混合ガスへのガスの添加を通して安定化させる技術開発の現状によって推奨されるテストが、レーザおよび放射される放射線の他の特性に及ぼす不利な影響を示している。
【０００８】
エキシマレーザまたはフッ素分子レーザを正確な組成の混合ガスで満たし、その組成を維持することは、重要な出力ビームパラメータを決定するために有利であることが知られている。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ混合ガスは一般的に、約１％のＫｒと、０．１％のＦ２と、９８．９％のＮｅ緩衝ガスで構成されている。ＡｒＦエキシマレーザの場合は、組成は約１％のＡｒと、０．１％のＦ２と、９８．９％の緩衝ガスである。フッ素分子レーザは一般的に、約０．１％のＦ２と、９９．９％の緩衝ガスを有する。
【０００９】
エキシマレーザ混合ガスおよびフッ素分子レーザ混合ガス中への非常に少量（＃０．１Ｔｏｒｒ）のキセノンの導入が、光予備イオン化の収率（ｐｈｏｔｏｐｒｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ）を増加させるものとして提案されている。ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ第３１巻第１２号（１９９５年１２月）の２１９５〜２２０７頁に掲載された、Ｒ．Ｓ．ＴａｙｌｏｒおよびＫ．Ｅ．Ｌｅｏｐｏｌｄによる論文「ハロゲン希ガスレーザ混合ガスにおけるスパーク予備イオン化放射の伝送特性（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｐａｒｋ Ｐｒｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒａｒｅ−Ｇａｓ Ｈａｌｉｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｇａｓ Ｍｉｘｅｓ）」を参照。Ｔａｙｌｏｒ外は、混合ガスに対するキセノン添加物の作用（ａｃｔｉｏｎ）によるスパーク予備イオン化強度（ｓｐａｒｋ ｐｒｅ−ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）の増強（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）を実証している。この予備イオン化密度の増強によってエキシマレーザ放電の均質性（ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ）を向上させる利点がある。しかしながら、Ｔａｙｌｏｒ外は、キセノンの濃度が高すぎるとレーザ放射線の吸収が起こり、出力レーザビームが弱まるということを定性的に述べている。Ｔａｙｌｏｒ外の結論は、エキシマレーザ混合ガスに少量だけのキセノンを加えることが予備イオン化強度を増強させ、放電を改善できるということである。
【００１０】
もっと最近では、ＡｒＦエキシマレーザにおけるキセノンの使用がＷａｋａｂａｙａｓｈｉ外によって報告されている。１９９９年５月１４〜１９日にＳａｎｔａ Ｃｌａｒａで開催されたＳＰＩＥ’ｓ ２４ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙにおけるＷａｋａｂａｙａｓｈｉ外の論文「高安定エネルギーを持ったビリオンレベル耐久性ＡｒＦエキシマレーザ（Ｂｉｌｌｉｏｎ ｌｅｖｅｌ Ｄｕｒａｂｌｅ ＡｒＦ Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ）」を参照。Ｗａｋａｂａｙａｓｈｉ外は、Ｔａｙｌｏｒ外（上記参照）と同様な結論を述べている。すなわち、予備イオン化密度を改善すると、ＡｒＦエキシマレーザの同一入力放電電圧での出力エネルギーを増加できる結果となるということである。ＡｒＦエキシマレーザ混合ガスにおける最適キセノン濃度は１０ｐｐｍ、あるいは、Ｗａｋａｂａｙａｓｈｉ外の図６に示された出力エネルギー対キセノン濃度曲線のピークであると述べられている。
（発明の概要）
本発明では、希ガス、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ混合ガスに対する好ましくはキセノンおよびそれに替わるものとしてのクリプトン、さらに、ＫｒＦレーザに対する好ましくはキセノンまたはアルゴン、ＸｅＣｌレーザまたはＸｅＦレーザに対するアルゴンまたはクリプトン、Ｆ２レーザ混合ガスに対するキセノン、アルゴン、またはクリプトン、などの添加物の濃度の有利な値について、選択される濃度の有利な値は、光予備イオン化収率及び出力エネルギーに及ぼすその効果のみならずレーザのエネルギー安定性およびオーバーシュート制御にも依存することが認められる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、出力レーザビームのエネルギー安定性を改善する添加物濃度の効果に少なくとも部分的に基づいて適切な濃度のガス添加物を含むガス混合物を有するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを提供することである。エネルギーの安定性は、バーストモードにおけるレーザ動作のための一時休止（ｐａｕｓｅ）後の最初のパルスあるいは最初の数パルスの安定性と、レーザの出力エネルギーの全体的な安定性の両方に基づいて決定される。
【００１２】
本発明の更なる目的は、レーザのオーバーシュート制御を改善する添加物の濃度の効果に基づく添加ガスの適切な濃度を提供することである。
【００１３】
本発明の更なる目的は、光学部品およびレーザチューブ部品の寿命を延ばすためのエネルギー減衰制御を有するエキシマレーザまたはフッ素分子レーザを提供することにある。
【００１４】
上記目的のために、好ましくは１ｋＨｚを超えるような高繰り返し速度の動作のために好適なＫｒＦレーザまたはＡｒＦレーザなどのエキシマレーザ、あるいは、フッ素分子（Ｆ２）レーザは、少量のガス添加物を含むガス混合物を備えている。このガス添加物はキセノンが好適である。ＡｒＦエキシマレーザに対しては、安定性の理由から、ガス添加物の初期濃度を選択して、エネルギー安定性、オーバーシュート制御、およびパルスエネルギーのうちの一つまたはそれ以上の選択された値に従って調整することができる。
【００１５】
キセノン濃度は更に、出力パルスエネルギー制御の追加の基準に基づいて選択できる。例えば、例えばレーザパルスを有利に長くするために、混合ガス内のフッ素濃度を減らすことによって、パルスエネルギーを減衰させることができ、それから、適量のキセノンを混合ガスに添加することによって、そのエネルギーの損失を補償することができる。パルスエネルギーまたはエネルギー線量は混合ガス内のキセノン量を制御することによって調整できる。
【００１６】
本発明によるエキシマレーザまたはフッ素分子レーザなどのガス放電レーザは、一対の長く伸びた主電極と一つ又はそれ以上の予備イオン化電極とを有する電極チャンバーと、ガス流容器（ｇａｓ ｆｌｏｗ ｖｅｓｓｅｌ）とを有するレーザチューブを備えている。このレーザチューブは、単一あるいは複数のレーザ活性ガスと、緩衝ガスと、微量の添加ガスとを含む混合ガスで満たされて、バーストエネルギーのオーバーシュート制御及び／または標準偏差シグマ及び／または、ピークからピークまで、パルスからパルスまでなどのエネルギー安定性を表す特性の改善、及び／または線量の安定性の改善と、及び／または、エネルギー減衰制御のためまたはエネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御を均衡させるためのような、レーザの出力エネルギーレベルの調整と、が行われる。
【００１７】
好適レーザシステムは、添加ガスの供給、好ましくはキセノンの供給を含む内部ガス供給ユニットを備えている。出力ビームパラメータ安定化アルゴリズムが、ハロゲン含有物質であるＦ２またはＨＣｌと、ガス添加物である好ましくはキセノンを含む全ての混合ガス成分の、同じく、ＡｒＦレーザとＫｒＦレーザに対してはそれぞれ活性希ガスＡｒとＫｒに対する最適な濃度を維持するレーザシステムのために設けられている。好ましいガス制御、組成および安定化アルゴリズムが、本願と同じ被譲渡人に譲渡されており、本出願の明細書の中で引例により組み込まれている米国特許出願第０９／３７９，０３４，６０／１２４，７８５，６０／１５９，５２５，０９／４１８，０５２，０９／３１７，５２６および６０／１２７，０６２と、米国特許第４，３９３，５０５および４，９７７，５７３において述べられており、上記特許と特許出願の中で開示されているアルゴリズムは、放電チャンバ内のガス供給装置（ｇａｓ ｓｕｐｐｌｙ）内へのガス添加物の注入および制御を含むように本発明に従って変更される。エネルギー安定性、エネルギー線量安定性、出力パルスエネルギーおよび駆動電圧（及び／または増幅自然放射（ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）及び／または時間的または空間的パルス形状の特性及び／または放電に入力される全蓄積エネルギー、帯域幅、移動平均エネルギー線量、時間的または空間的コヒーレンス（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）、放電幅、及び長短軸方向ビーム（ａｘｉａｌ ｂｅａｍ）のプロフィールと発散、時間、パルス計数、あるいはそれらの組み合わせなどの一つまたはそれ以上のその他のパラメータ）のようなパラメータが監視することができ、上述した出力ビームのパラメータ及び／またはその他のパラメータが本発明に従って安定化される。
【００１８】
混合ガス内のガス添加物量の制御がレーザ部品の寿命を延ばすために好適に用いられる。特性出力範囲を初期設定して、動作駆動電圧の範囲内において、レーザシステムの所望の出力よりも高くする。それから、出力が望ましいレベルに減少するまで混合ガスにガス添加物、好ましくはキセノンを更に添加して、出力を減衰させる。レーザ部品の経年変化に応じて、添加物／キセノンの量を減少させ、各新規充填によって望ましい出力を達成する。
【００１９】
ガス添加物は好ましいキセノンガス添加物を含む予混合物（ｐｒｅｍｉｘ）を含むガス容器から混合ガスに添加できる。あるいは、キセノンガスはキセノン含有結晶（ｘｅｎｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）を熱することによって分離させてキセノン含有結晶から得ることができる。この実施例においては、キセノン発生器をキセノン含有結晶で満たし、加熱素子と温度制御器を用いてキセノンガス圧を制御する。
【００２０】
キセノンは好ましいガス添加物であるが、他のガス添加物も本発明に従って使用できる。アルゴンはＫｒＦレーザ用のガス添加物として使用できる。クリプトンはＡｒＦレーザ用のガス添加物として使用できる。アルゴン及び／またはクリプトンはＸｅＣｌレーザまたはＸｅＦレーザ用のガス添加物として使用できる。アルゴン、クリプトン及び／またはキセノンはＦ２レーザ用に使用できる。ＮＯはＸｅＣｌレーザ用に使用できる（例えば、Ｎｅ内の０．１％のＮＯ）。ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、ＦＯＮＯ、またはＦＮＯはＸｅＣｌレーザ又はＦ２レーザ用に使用できる。
【００２１】
もう一つの元素（ｅｌｅｍｅｎｔ）または分子、例えばＷやＰｔなどの金属を添加すると、それが反応して一つまたはそれ以上のフッ化金属（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）または塩化金属（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）の物質（ｓｐｅｃｉｅｓ）、すなわち、好ましくはＷＦ、ＷＦ２、ＰｔＦ、ＰｔＦ２、あるいは、その代わりとして、ＷＦｘまたはＰｔＦｘ（ここで、ｘは３と６の間が好ましい）を混合ガス内に生成する。これらの金属は、好ましくは予備イオン化ユニットの一つまたはそれ以上の電極に、あるいはもしあればレーザチューブのもう一つの金属部品に添加できる。その他の候補の金属にはクロムおよびアルミニウムがある。シリコン、炭素、フッ化水素、オゾン、水銀、ハフニウム、金属、および、一般的には標準温度と標準気圧（ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＳＴＰ）において液体であるような、水銀およびハフニウムと同様の高蒸気圧（ｈｉｇｈ ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を有する合金も使用できる。酸素と、一つまたはそれ以上のクロム、フッ素、またはアルミニウムとの分子化合物などのある種の金属酸化物と、使用可能であり、かつ／またはハロゲン化物（ｈａｌｉｄｅ）（例えば、フッ化物または塩化物）であるかまたはそれを生成する、その他の好ましい候補元素物質または分子物質（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｐｅｃｉｅｓ）が、ガス添加物として使用できが、ここでは、キセノンが好ましいものとして記載されている。
【００２２】
添加可能か、あるいは、混合ガス内にすでにあるフッ素または塩素との添加反応（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｒｅａｃｔｉｎｇ）によって生成可能であるいくつかの特定の好ましい分子化合物（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）、すなわち、中性物質、イオン化物質、または、中性物質とイオン化物質（ｓｐｅｃｉｅｓ）の化合物には、ＨＦ， ＨＦ， ＣＦｘ （特に、ＣＦ４）， ＣｒＯＦ２， ＣｒＯＦ， ＣｒＯ２Ｆ， ＣｒＯ２Ｆ２， ＣｒＯ２， ＣｒＯ， Ｃｒ， ＣｒＦ２， ＣｒＦ， ＳｉＦ４， ＳｉＦ， ＯＦ， Ｏ２Ｆ， ＯＦ２， Ａｌ， ＡｌＯ，Ａｌ２Ｏ， Ａｌ２Ｏ２， ＡｌＦ， および ＡｌＦ２が含まれる。その他の可能性のあるものとしては、Ｎ， Ｎ２， Ｎｘ， Ｃ， Ｃ２， Ｃｘ， Ｈ， Ｈ２， Ｈｘ， Ｏ， Ｏｘがある。ここで、ｘは３〜１６などの３より大きい小さな整数である。またその他に、これらの元素及び／または分子のいずれかの化合物、同じく空気自身がある。本発明に従って、上記の元素または分子またはそれらの化合物の、好ましくは、５００〜１０００ｐｐｍより少ないか、あるいは０．１％より少ないといった微量を、混合ガスに添加することができる。
【００２３】
さらに、１つより多いガス添加物を混合ガスに添加できる。例えば、二つ以上の上記添加物を混合ガスに添加して、パルスエネルギー、エネルギー線量、エネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御を、別々にあるいは組み合わせて制御することができる。一つのガス添加物あるいは複数のガス添加物の組み合わせを使って、これらのパラメータまたはその他パラメータの一つを制御し、もう一つのガス添加物あるいは複数のガス添加物の組み合わせを使って、上記パラメータのもう１つを制御することができる。
（好適実施例の詳細な説明）
特にＡｒＦエキシマレーザ及びＫｒＦエキシマレーザおよびＦ２レーザにおける、改善された放電の均質性とエネルギー安定性とを有する、レーザの処置方法とレーザシステムとを含む本発明の好適実施例を以下に説明する。好適実施例は実際のレーザシステムに本発明の精神を実行するもので、一般に、好ましくはキセノンであり、及び／または、上述したその他のガス混合物の一つでもよいガス添加物を、エキシマレーザガス混合物及び／またはフッ素分子レーザガス混合物に供給して、これらのレーザシステムの、パルスエネルギーと、エネルギー安定性と、エネルギー線量制御、及び／またはエネルギーのオーバーシュートを制御し及び／または安定化させることに関するものである。
【００２４】
以下の本発明および記載は特に、レーザがバーストパターン動作で動作しているときに、これらのレーザシステムのこれらのパラメータを制御し、かつ／または安定化させることにあてられているが、本発明は連続出力レーザシステムにも適用可能である。本発明は、ＸｅＣｌレーザ、ＸｅＦレーザ、およびＫｒＣｌレーザなどのその他のエキシマレーザに適用可能であり、Ａｒ、Ｋｒなどのその他の添加物および上記に列挙されたその他の添加物は、これらのレーザシステムのいくつかを有するいくつかの実施例において有利なガス添加物でありうる。本発明は特に、１または２ｋＨｚといったパルス繰り返し周波数またはそれ以上の高繰り返し速度で動作するレーザにあてられている。
【００２５】
以下に、ある量のキセノンをエキシマレーザまたはフッ素分子レーザの従来の混合ガスへの添加物として使用して、レーザ混合ガスへのキセノンの正確な注入を可能にする装置を設計し、コンピュータ制御ガス操作（ｇａｓ ａｃｔｉｏｎ）によって最適混合ガスおよび混合ガス内のキセノン部分圧（ｐａｒｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を維持することができるガス注入及び補充アルゴリズムを使用し、かつ、混合ガス内のハロゲンのような他のガス成分（ｇａｓｅｏｕｓ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）と一緒に混合ガス内の最適キセノン部分圧を決定し、制御するために高速エネルギー検出器を使用する、といったことを含む本発明の態様を特に記載する。（上記の引用によって本明細書に組み込まれている特許出願’０３４と’７８５を参照。）
好ましい方法とレーザシステムの両方による本発明の好適実施例において、特定量のキセノンが新規充填中にレーザチューブ内へ混合ガスの通常成分（上記特許 ’５０５及び ’５７３と、出願 ’５２６及び ’７８５を参照のこと）と共に最初に充填される。混合ガスへのキセノンの添加は、レーザシステムの複数の点に効果があることが本発明において認識される。このように、レーザチューブに初期に充填されるキセノンの特定の「最適」量は、使用されるレーザのタイプと、望ましいとされるキセノンを添加したことの結果とに依存する。例えば、特定の動作放電電圧でのレーザの出力エネルギーを、混合ガスに添加されるキセノンの量に応じて有利に増加又は減少させることができる。また、エネルギー安定性とオーバーシュート制御は、添加されるキセノンの量に依存するある程度まで有利に改善できる。また、特定量のキセノンをレーザシステムのこれらの効果のバランスに従って添加することができる。
（フッ化アルゴンレーザ）
ＡｒＦエキシマレーザの第１実施例においては、エネルギー安定性を改善するための、キセノン濃度は１０ｐｐｍより大きく、ほぼ３００〜５００ｐｐｍまたはそれ以上である。エネルギー安定性およびオーバーシュート制御はそれぞれ、５００ｐｐｍより大きい濃度まではキセノン濃度と共に改善されることが以下に示される。さらに、特定の放電電圧での出力エネルギーは約１０ｐｐｍで最大を有すること、または特定のエネルギー（例えば、５ｍＪ）での出力パルスを生成するために必要な放電電圧は約１０ｐｐｍで最小を有することが以下に示される。しかし、例えば１００ｐｐｍより大きいといったキセノンのより高い濃度で、エネルギー安定性とオーバーシュートが本発明に従って有利に改善される。
【００２６】
ＡｒＦレーザに対するこの最初の実施例における好ましいキセノン濃度は、１０ｐｐｍより大きいこれらの濃度でのパルスエネルギーに対するキセノン添加物の減衰効果（ａｔｔｅｎｕａｔｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）によって均衡が計られる。特定のレーザシステムに対するこの上限は、電源、パルサ回路（ｐｕｌｓｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）の部品および特に放電電極を含む放電回路の制限に依存している。すなわち、数ｍＪから１０ｍＪを超える範囲のどこかに特定パルスエネルギーが、レーザの個々の産業上の応用に対して規定されており、キセノンは、レーザシステムがその規定エネルギーでパルスを発生できなくなるほど多量に添加することはできない。
【００２７】
そこで好ましくは、エネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御が最大となることを追求するこの実施例においては、混合ガス内のキセノン濃度は、規定出力レベルと、電源、パルサモジュール（ｐｕｌｓｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）、および電極などのレーザシステム部品の制約とに応じて調整される。これらのシステム部品は、キセノンが混合ガスに添加されないときに望まれるであろうよりももっと高い出力エネルギーを生成するように構成されるのが好ましく、それから、キセノンを混合ガスに添加して、パルスエネルギーを所望値まで減衰させる。パルスエネルギーが所望値となり、エネルギー安定性及び／またはオーバーシュートも好ましく選定された改善値となるのが好都合である。システム部品も通常の構成でよく、また、例えば１００ｐｐｍより多いキセノンを添加し、駆動電圧を増大させて出力エネルギーを選択された値に調整して、本発明によって有利に改善されたエネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御をやはり有するようにすることができる。
（フッ化クリプトンレーザ）
出力ビームのエネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御を改善することが望まれる、ここではＫｒＦエキシマレーザに対する第３の実施例においては、好ましいガス添加物、すなわちキセノンの濃度は、ほぼ１２ｐｐｍよりも大きく、好ましくは、ほぼ２０ｐｐｍよりも大きいが、しかし、ほぼ２０００ｐｐｍよりも小さく、好ましくはほぼ６００ｐｐｍより小さい。ＡｒＦレーザの第１実施例と同様に、キセノン濃度の上限は電源、パルサ回路および放電電極の制限に依存している。これらの部品の改善によってキセノン濃度の上限を引き上げることができる。キセノン添加物により出力パルスエネルギーを均衡させ、かつ、エネルギー安定性及び／またはオーバーシュート制御を改善するためのＫｒＦレーザに対する第４実施例においては、特定のキセノン濃度が選択される好ましいキセノン濃度範囲は、１００ｐｐｍと５００ｐｐｍの間の範囲である。
【００２８】
上述したように、その結果としての吸収およびエネルギー減衰は、混合ガス内のキセノン濃度に上限を置くのに役に立つ。なぜなら、それは特定の駆動放電電圧でのレーザパルスの出力エネルギーを著しく減らすことができるからである。システムが、規定出力パルスエネルギーを維持するために駆動電圧を増加させることによっては、もはや追加のキセノンによる減衰を補償できないときに、上限キセノン濃度に達する。エネルギー安定性とオーバーシュート制御を改善するために、所望の出力エネルギーを供給するためのシステム部品についての制約内で、混合ガス内にできるだけ多くのキセノンを有することが好ましい。
（レーザ部品の寿命延長）
エキシマレーザ及びフッ素分子レーザの混合ガス内のガス添加物のこの減衰効果を本発明の以下の実施例に従って有利に用いて、共振器光学部品を含むレーザ部品の寿命を増やすことができる。種々のレーザ部品（例えば、プリズム、回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）、エタロンおよび窓（ｗｉｎｄｏｗ）のような共振器内の光学部品、およびレーザチャンバー）の品質変化は、２０〜４０％までのレーザシステムの出力変化を起こしうる。また、部品の寿命に関する経年変化（ａｇｉｎｇ）が、最大利用可能出力を時間と共に減少させる。このことにより、同じ出力を達成するためにより高い駆動入力電圧での動作を必要とする。しかし、動作電圧のダイナミックレンジには制限があり、このためレーザ部品の寿命には上限が生ずる。
【００２９】
出力のキセノンの部分圧に対する依存性を本発明に従って有利に利用して、これらの部品の寿命を延ばすことができる。システムは部品が新しいときに過剰なレーザ電力を有するように初期構成される。すなわち、電圧の動作範囲は、規定エネルギー（例えば、数ｍＪと１０ｍＪの間）での出力レーザパルスを発生するために一般的に必要な範囲より大きい。このとき、出力が動作電圧範囲内で所望値となるように一定量のキセノンを混合ガスに添加する。
【００３０】
例えば、２ｋＨｚの繰り返し速度で０．６ｐｍより少ないＦＷＨＭ帯域幅を有する公称１０ＷのＡｒＦレーザは、最大電力３０ワットを出すように設計することができる。一般的な駆動放電電圧のダイナミック動作範囲ではそのとき従来のレーザが最小１５Ｗで動作することができる。これは、新規部品を備えたレーザに対する所望出力の１０Ｗより５Ｗ多い。しかしながら、本発明に従って、キセノンなどのガス添加物を選択された量だけ混合ガスに添加して、レーザ電力を減衰させ、出力をレーザシステムの駆動電圧の動作範囲に対する所望範囲に持ってくる。
【００３１】
光学部品とレーザチューブ部品の経年変化に応じて、混合ガス内のキセノン部分圧を別の値まで各新規充填によって調整し、動作電圧範囲内で同一の所望出力を達成する。キセノン濃度もまた、以下に述べるガス制御方法によって新規充填と新規充填の間に調整できる。
【００３２】
部品の寿命を延ばすための本発明のこの実施例による模範的な手順は以下の通りである。エキシマレーザまたはフッ素分子レーザ（キセノンなし）の新規ガス充填後に、レーザの動作点で公称高電圧（ｎｏｍｉｎａｌ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）でレーザを起動し、出力またはエネルギーをエネルギーモニタによって測定する。このエネルギーモニタは一般的にレーザシステム内に構成されている（図７についての説明を参照）。新らしいレーザの電力は、本実施例に従って、所望値よりも高いと測定されよう。そして、一定量（例えば１０ｐｐｍ）のキセノンを混合ガスに添加し、電力を再び測定する。キセノンの添加を繰り返し、出力が、駆動電圧の動作範囲内で所望値内まで減少するまで出力を何回も測定する。
【００３３】
その代わりでかつ有利に、コンピュータデータベースとプロセッサを含むエキスパートシステム（上述の出願’０３４を参照）によって、先行する新規充填後のキセノン添加量及び／または他のレーザによる先行経験から得たキセノン添加量の値を記憶し、現在の新規充填で添加すべきキセノンの推定初期量を推定することができる。それから、上記よりも実際の所望値に近いキセノンの初期量を添加し、その後に、少量（例えば、１０ｐｐｍ）のキセノンを添加するステップと電力を測定するステップを繰り返し実行することができる。この方法では、全手順に殆ど時間を要しない。
【００３４】
本発明のこの実施例により、充填ガス（ｇａｓ ｆｉｌｌ）に添加するキセノンの量は、一般的にレーザシステムの部品の経時変化と最大出力の減少に伴って減少する。上述した通り、システムが最大駆動電圧での動作時においてさえももはや所望出力を得ることができないときにレーザ部品の寿命が終わるので、キセノン濃度を調整して出力を制御する利点が本発明のこの手順の中で明確に述べられる。その結果は、部品の寿命が有利に増大する（例えば、１００％より多く）ということになる。
（ガス補給）
ガス添加物の濃度は、本発明によるガス補給方法を用いて新規充填時に調整できるのみならず、新規充填と新規充填の間においても調整できる。この目的のため、キセノン源がエキシマレーザシステムまたはフッ素分子レーザシステムに好ましく組み込まれている。すなわち、内部キセノン供給手段がレーザシステムに備えられている。あるいは、一定量のキセノンを、レーザ外部のガス供給ボトルまたは容器内のガスの通常の供給手段の不活性ガスを有する予混合ガスに混ぜる。初期の所定量のキセノンを新規充填時に放電チャンバに最初に充填した後、ガス補給手法を本発明に従って好ましく使用して、混合ガス内の最適キセノン濃度を維持し、かつ／または所定量を調整する。好ましい手法の概要は上記に参照された特許出願 ’７８５及び ’０３４に述べられており、これらは特にハロゲン（および希ガス）の補給にあてられているが、本発明に従って、キセノン濃度制御及び／または補給を含むように変更することができる。
【００３５】
通常のタイプのエキシマレーザは、通常５バール（ｂａｒ）より少ない全体の圧力の混合ガスを含んでいる。混合ガスの大部分、一般的には９０〜９９％、はいわゆる緩衝ガス（ｂｕｆｆｅｒ ｇａｓ）で構成されている。ヘリウムとネオンが典型的な緩衝ガスである。緩衝ガスはエネルギーを伝達する役目をする。緩衝ガスの原子はガス放電における放射高度励起分子（ｅｍｉｔｔｉｎｇ， ｈｉｇｈｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）の部分とはならない。希ガスハロゲンレーザ（ｒａｒｅ ｇａｓ−ｈａｌｏｇｅｎ ｌａｓｅｒ）の中の高度に励起されたエキシマ、エキシプレックス（ｅｘｃｉｐｌｅｘ）、またはトリマー（ｔｒｉｍｅｒ）を形成する希ガスは、一般的には１〜９％の範囲内のもっと非常に低い濃度で見られる。ハロゲンドナー（ｈａｌｏｇｅｎ ｄｏｎｏｒ）の濃度は一般的には０．１〜０．２％である。特にＦ２またはＨＣｌなどの二原子ハロゲン分子（ｄｉａｔｏｍｉｃ ｈａｌｏｇｅｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）またはその他のハロゲン含有分子がハロゲンドナーとして使用できる。フッ素分子レーザはその混合ガス内に活性希ガスを含んでいない。
【００３６】
本発明は、混合ガスへの添加物として高精度の所定少量のキセノンを有する注入を受け取るようにレーザチューブが構成されたエキシマレーザシステムまたはフッ素分子レーザシステムである。最適キセノン部分圧を安定化させる手段も備えられている。マイクロ注入（ｍｉｃｒｏ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）、ガス置換（ｇａｓ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、圧力調整を含む個々の手法が上述された特許出願 ’０３４及び ’７８５の中で開示されている。
【００３７】
キセノンは、純粋な形で、あるいは、ある量のＡｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、またはＫｒなどの不活性ガスを含む予混合ガス内の成分ガス（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ ｇａｓ）として注入することができる。ＡｒＦレーザおよびＫｒＦレーザの場合には、それぞれＡｒおよびＫｒ内に０．０５％のＸｅが入った予混合ガスが好ましい。もう一つの好ましい構成においては、予混合ガスとしてＮｅの中に１．４％のＸｅを混ぜたものが用いられる。しかしながら、本発明は特定の予混合濃度のキセノンと緩衝ガス、及び／またはその他のガスに限定されるものではない。以下に述べるように、キセノンガス供給はレーザシステム内部で行うのが好ましいが、その代わりにキセノンが外部ガス源から供給されるようにしてもよい。
【００３８】
キセノンは、出力ビームパラメータの観測値と、エネルギーおよびエネルギー安定性などの値とを受け取るプロセッサを含むエキスパートシステムと、高電圧値とに基づいて決定される間隔と量で注入される。非常な少量と短い間隔での注入が可能である。なぜならガス供給システムがそのように構成されているからである。（上述の特許出願 ’７８５と特許 ’５１４を参照）。
【００３９】
ビームプロフィール、時間的空間的コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）、放電幅、時間、ショットまたはパルス計数、パルス形状、パルス継続期間、パルス安定性、レーザビームの帯域幅などのその他のパラメータあるいはこれらのパラメータの二つまたはそれ以上の組み合わせを使用できる。エキスパートシステムは一般に、観測値を記憶値と比較して、ガス補給手順を実行すべきかどうか、どのタイプのガス補充手順を実行すべきか、および、どの程度までガス補充手順を実行すべきかを決定すると共に、観測されたパラメータに基づいて、キセノン注入または補給をするべきか、および、どの程度までキセノン注入または補充をするべきかを決定する。
【００４０】
エネルギー検出器を用いて、レーザ放射の出力エネルギーとエネルギー安定性を測定し、そして、バースト動作においては、特にエネルギーのオーバーシュートをそれがパルスのバーストの最初のパルスまたは最初の数パルスであるとして測定する。もし測定値がプリセットされた参照値または所望値と異なる場合は、レーザ混合ガス内のキセノン量を、キセノンガス注入によって増加させるか、好ましくは複数のガス注入との組み合わせでガス放出によって、あるいはミニあるいは部分ガス置換（ｍｉｎｉ ｏｒ ｐａｒｔｉａｌ ｇａｓ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）によって減少させることができる（特許出願 ’７８５を参照）。ガス操作の実施後に、レーザパルスエネルギーとエネルギー安定性及び／またはバーストオーバーシュートといったパラメータを監視し制御することによって、最適濃度のキセノンが混合ガス内にあるかどうかを決定することができる。これらのパラメータ及び／または、ＡＳＥまたは時間的パルス形状（上記特許出願 ’０５２と ’０６２を参照）などのその他のパラメータを組み合わせて監視することによって、たとえキセノン濃度とハロゲン濃度の両方がパルスエネルギーなどのいくつかのパラメータに影響を与えるとしても、いつでも混合ガス内のハロゲン濃度とキセノン濃度の両方を知ることができる。
【００４１】
もし、ガス操作の実施後に、レーザパラメータ測定後に最適濃度のキセノンが混合ガス内にないことが決定されると、相応するガス操作が行われ、レーザパラメータの制御測定が最適キセノン濃度が達成されるまで繰り返される。
（キセノン凝縮物の供給）
本発明のもう一つの実施例においては、キセノン含有凝縮物（ｘｅｎｏｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ ｍａｔｔｅｒ）が、レーザのガス放電チャンバに添加されるか、あるいはガス搬送（ｇａｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）かガス拡散を可能にする方法でこのチャンバと物理的関係にする点で本発明の目的が満足される。そのような固体は、必要な微量のキセノンまたはキセノン含有化合物（ｘｅｎｏｎ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を供給して、本発明の最終目標である放射されたレーザ照射インパルスに対するエネルギー安定性効果を達成する。
【００４２】
本発明のこの実施例においては、キセノンは上述したようなキセノン予混合ガスのガス状供給を直接使用して供給するよりもＸｅＦ２などの物質を含有する固体キセノンを用いて好ましく供給される。図２を参照し、キセノンガス発生器２０は（ＸｅＦ２などの）キセノン含有結晶（ｘｅｎｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）で充填することができる小さな容器２２からなっている。容器２２は少なくとも一つのガス配管２３によってレーザチューブ１と接続することができる。１つあるいは複数のバルブＶ１，Ｖ３は容器２２をレーザチューブ１から分離するために用いることができる。独立したレセプタクル（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２６を用い、ここで分離されたキセノンガスとフッ素ガスをレーザチューブ内へ注入する前に混合することができる。緩衝ガスはキセノン・フッ素・混合ガスをバルブＶ３を介してレーザチューブ１へ流す（ｆｌｕｓｈ）ために用いることができる。このため、バッファ充填配管がバルブＶ２を通ってレセプタクル２６に接続されている。レセプタクル２６は注入されるキセノンの量の正確な制御のために用いることができる。このため、レセプタクル２６とレーザチューブ１の各圧力が注入の前に監視される。レセプタクル２６とその使用は、上記で本明細書に引用により組み込まれた特許 ’５１４及び／または特許出願 ’７８５の中でハロゲンおよび活性希ガスのガス補給について述べられたものと類似のものか同等のものである。
【００４３】
容器２２は加熱素子２４と従来の温度制御器（図示せず）のような温度制御装置を好ましく備えている。容器２２はキセノン含有分子の結晶を分離させる結果となる予め設定された温度に好ましく加熱される。例えば、ＸｅＦ２はキセノンガスとＦ２ガスに分離するであろう。発生したガスはそれから、上述したとおり、直接またはレセプタクル２６を通ってレーザチューブ１に充填される。放出されるキセノンの量は固体キセノン化合物に加えられる温度に依存する。すなわち、キセノン圧またはキセノン部分圧は容器２２内の温度を制御することによって調節することができる。部分的なガス置換によるキセノンのいかなる損失も加熱された固体化合物からのキセノン放出によって自動的に補償される。放出されるフッ素量はレーザには十分ではないであろう。従って、フッ素ガスとその他の希ガスが、上述したように、ガスタンク及び／または予混合ボトルから通常の方法でレーザチューブ内に充填される。
【００４４】
本発明による部分ガス置換の模範的な手順は以下の通りである。最初にバルブＶ１を閉じる。レーザガスの一部は通常の方法でレーザチューブ１から放出される（米国特許第４，９７７，５７３号を参照。これは本願と同一被譲渡人に譲渡されており、本出願の中に引用により組み込まれている。）次に、ハロゲンガスと活性希ガスと緩衝ガスをガスタンクからレーザチューブ１に充填する。それから、バルブＶ１をあけると上述したとおり減少したキセノン圧がやはり直接あるいはレセプタクル２６を介して補償される。ガス発生器２０を二つのガス配管でレーザチューブに接続し、ある量のレーザガスを発生器２０を通って循環させることも有利である。このようにして、キセノン圧の安定化が、一層素早く達成されると共に、発生器２０からレーザチューブ１へのキセノンの拡散速度によってそれほど制限されることはない。
【００４５】
キセノンまたはキセノン含有物質を混合ガスに直接注入するか、充填前にガス成分の一つ、例えばＮｅ、Ｋｒ、Ａｒ、Ｈｅ、またはＦ２に添加できる。前述のガス放電内の低キセノン濃度を作り出すために、キセノンまたはキセノン含有物質をこの実施例に従って固体形状でガス放電チャンバに添加する場合、凝縮フッ化キセノン（ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ ｘｅｎｏｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）（例えば、ＸｅＦ２、ＸｅＦ４、ＸｅＦ６）がこのために特に考えられ、前もってレーザチャンバ内に導入されるか、レーザの動作中に生ずる。もしレーザが、キセノンまたはキセノン含有化合物（例えばＸｅＦ＊）が存在するフッ素含有混合ガスによって動作するならば、そのような物質（フッ化キセノン）の測定可能な量が動作中にレーザチャンバ内に蓄積できる（凝縮）ことが示されている。この場合、前述の凝縮可能なフッ化キセノンがレーザの動作中に生成され、レーザチャンバ内に留まる。それは後に、レーザがもはや外部供給源からキセノンを供給されないときでも、前述の混合ガス内の微量のキセノンを供給する。ガス放電チャンバ内に留まったキセノン含有固体物は、更なるレーザ動作の間のインパルスエネルギー（ｉｍｐｕｌｓｅ ｅｎｅｒｇｙ）の安定化のために（数度のその後のガス充填に対する更なるキセノンの添加なしに）ｐｐｍレンジの必要な濃度を供給する。
【００４６】
従って、エキシマレーザまたはフッ素分子レーザが準備され、それがキセノンが存在する状態でフッ素含有混合ガスによって動作し、その後に更なるキセノン（ｐｐｍレンジの）の添加なしで動作するが、これは、先行動作のために混合ガス内になお十分な微量のキセノンが存在するためであるといったように動作するときにも本発明は実行される。
（実験結果）
図３ａは、その混合ガス内にキセノン添加物を持たないＫｒＦレーザシステムについて、それぞれが約２４０パルスを含む多数のバーストに関するパルスからパルスまでのエネルギー安定性（ｐｕｌｓｅ−ｔｏ−ｐｕｌｓｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を示す図である。このＫｒＦレーザは２ＫＨｚで動作し、バーストの後に０．８秒の休止があった。パルスエネルギーの安定性は定常状態の平均値からのパーセント偏差として描かれている。キセノン添加物のない従来の混合ガスを有するＫｒＦレーザのパルスからパルスまでのエネルギー安定性は図３ａに示されており、最小約５％から１５％を超える値の範囲で変動する。安定性は最初の７０パルスくらいまでにわたって特に乏しく、ここでは１０％と１５％の間で変動している。最初の７０パルスの後では、安定性は約７％と１２％の間に落ち着いている。
【００４７】
図３ｂは、図３ａのレーザのエネルギーのオーバーシュートを、それぞれ約２４０パルスを含むバースト全体に渡って、安定状態平均出力エネルギーを超えるパーセントで表している。キセノン添加物のない従来の混合ガスを有するＫｒＦレーザのオーバーシュートが図３ｂに示されており、最初の１つのパルスあるいは複数のパルスについては約３０％であり、約５〜１０パルス後に約１０％まで急速に減少し、約２５パルス後に約５％まで減少している。オーバーシュートはそれからバーストの残りに対していくらか更にスムーズに減少している。最後の５０〜１００パルスでは、パルスエネルギーに対するオーバーシュート効果は最終的には略ゼロまで減少する、すなわち、定常状態の値に到達する。
【００４８】
図４ａは、本発明によるレーザシステムについて、それぞれ約２４０パルスを含む多数のバーストについての図３ａにおけるようなパルスからパルスまでのエネルギー安定性を定常状態の平均を越えるパーセントとして示している。出力パルスエネルギーが計測され、図４ａにプロットされている本発明のレーザシステムは、図３ａに対して使用されたものと同じであり、そうでなければ一般的なＫｒＦレーザ混合ガスであるものへの約３５ｐｐｍのキセノン添加物を含む混合ガスを有するものであった。このＫｒＦレーザはやはり２ＫＨｚで動作し、測定されたバーストの後に０．８秒の休止があった。その混合ガスの中に３５ｐｐｍのキセノン添加物を有するＫｒＦレーザのパルスからパルスまでのエネルギー安定性は、図４ａに示されており、４％のすぐ下の最小値から１２％を超えない値の範囲で変動している。最初の６０〜７０パルスの数ピークを除いては、オーバーシュートが一般的に最も顕著であるこれらの最初のパルスに対して１０％以下となっている。最初の６０〜７０パルスの後では、安定性は約３％と８％の間の範囲内に落ち着いている。
【００４９】
図４ｂは、本発明によるバーストモード動作ＫｒＦレーザのエネルギーのオーバーシュートを、それぞれ約２４０パルスを含むバースト全体に対して安定状態出力エネルギーを超えるパーセントで表した図である。図４ａと同様、出力パルスエネルギーが計測され、図４ｂにプロットされている本発明のレーザシステムは、そうでなければ一般的なＫｒＦレーザ混合ガスであるものへの約３５ｐｐｍのキセノン添加物を含む混合ガスを有するものである。やはりＫｒＦレーザは２ＫＨｚで動作し、測定されたバーストの後に０．８秒の休止があった。オーバーシュートが図４ｂに示されている。最初の１つあるいは幾つかのパルスに対しては約９〜１０％であり、５〜１０パルス後に約３％まで急速に減少し、約２０パルス後に約２％まで減少している。オーバーシュートはそれからバーストの残りに対して減少している。最後の５０〜１００パルスに対する、パルスエネルギーについてのオーバーシュートの影響は略ゼロまで減少する。
【００５０】
出力エネルギー安定性における少なくとも二つの主要な改善点が、図３ａ〜３ｂのデータを測定するために用いられるキセノン添加物を持たないレーザに比べて図４ａ〜４ｂのデータを測定するために用いられるその混合ガス内にＸｅ添加物を有するレーザに対して認められる。一つ目は、３５ｐｐｍのキセノン添加物を有する混合ガスを用いたレーザに対して図４ａに示されたパルスからパルスまでのエネルギー安定性が、全ての点において１２％より少ない範囲で変動し、バーストの初めでは殆どのレーザパルスに対して１０％より少ない変動であり、１００パルスの後では８％より少なくなっているということである。図４ａのレーザによって実証された安定性は、キセノン無しで動作する図３ａのレーザと比較して著しい改善である。図３ａのレーザでは、エネルギー安定性は、いくつかのパルスに対しては１８％と高く、バーストの始めのパルスに対しては約１５％であり、最初の１００パルスの後で約１０％に留まっている。二つ目は、バーストにおける最初のパルスの安定状態エネルギー値からの平均の偏差値として定義されるバーストのオーバーシュートが、キセノン無しで動作する図３ｂのレーザに対する３０％から、キセノンを有して動作する図４ｂのレーザに対する１０％よりも少ない値に減少していることである。
【００５１】
図５は、エネルギーのオーバーシュートの、ＫｒＦレーザの混合ガス内のキセノン部分圧に対する依存度を示している。図５は、非常に小さいキセノン濃度において、すでにオーバーシュートの顕著な改善を示している。すなわち、オーバーシュートは、図３ｂにおいてすでに示されたように、キセノン添加物無しに対する３２％から約１７ｐｐｍキセノンでの１２〜１３％に減少している。８％へのオーバーシュートの減少が約３７ｐｐｍキセノンにおいて認められ、２〜３％への更なる減少が６７ｐｐｍキセノン濃度に対して示されている。
【００５２】
表１に示す実験結果を得るにあたって、ＫｒＦエキシマレーザが１ｋＨｚの繰り返し速度で動作した。タイプがＬａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ Ｌｉｔｈｏ／Ｐであるレーザが使われていた。全ガス圧は３バール絶対圧であった。混合ガスの各成分は概略以下の濃度であった。すなわち、０．１％のＦ２、１％のＫｒ、９８．９％のネオン、および１０〜５００ｐｐｍの範囲の微小キセノンであった。予備イオン化はＵＶスパークによって行われたが、コロナ予備イオン化も一般的にＫｒＦレーザのみならずＡｒＦレーザおよびＦ２レーザのシステムにおいて用いられる。テストの間に用いられた印加高電圧は１５ｋＶのオーダーであった。
【００５３】
実験結果は以下の通りである。
（表１）
2004515903.tif 000001
上記実験結果は、使用されたエキシマレーザに対しては、与えられた条件のもとで、０．８１％の最適標準偏差があるということを示している（通常、標準偏差は、それらの平均値からの変数の偏差の自乗の平均値の平方根として計算される）。最適安定性では、パルスエネルギーが若干低下したが、数多くの応用においては、放射されるレーザビームインパルスからのエネルギーの安定性の利点の方が、それらの応用において高電圧を増加させることによって補償される出力エネルギーの若干の減少よりも重要である。
【００５４】
図６ａは、バーストモードで動作している０．６ｐｍより小さい帯域幅を有するＡｒＦレーザのエネルギー安定性シグマ（ｓｉｇｍａ）の、約３０ｐｐｍより大きいキセノン濃度に対する実測依存度を、そのレーザの安定状態出力エネルギーからのパーセント偏差の逆数で表した図である。図６ｂは、ＡｒＦレーザのエネルギー安定性シグマの、３０ｐｐｍより小さいキセノン濃度に対する実測依存度を、安定状態出力エネルギーからのパーセント偏差で表した図である。エネルギー安定性は、図６ｂに示すように単に数ｐｐｍのキセノンを混合ガスに添加するだけで抜本的に改善され、図６ａに示すように、その後にキセノン濃度を増やすことによって着実に改善される。
【００５５】
図６ｃは、一定放電電圧における図６ａ〜６ｂのＡｒＦレーザの出力パルスエネルギーの、３０から５２０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を示す図である。図６ｄは、図６ａ〜６ｃのＡｒＦレーザの出力パルスエネルギーの、０から３０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を示す図である。パルスエネルギーは図６ｄに示すように、数ｐｐｍのキセノンを混合ガスに添加すると抜本的に改善される。また、パルスエネルギーは３０ｐｐｍキセノンにおける約５．７ｍＪから５００ｐｐｍより少し多いキセノンにおける約１ｍＪまで略直線的に減衰している。
【００５６】
微量の希キセノンガスを添加しても混合ガスの質に悪影響は現れていない。不安定なＸｅＦ＊あるいは安定なＸｅＦ２、ＸｅＦ４またはＸｅＦだけがガス放電の中で生成される。
【００５７】
図６ｅは、４０ｐｐｍより少ないキセノン濃度における１９３ｎｍリソグラフィーのために使われるＡｒＦエキシマレーザの出力エネルギーとエネルギー安定性に対するキセノンの影響を示している。出力エネルギーの依存性が、５ｍＪ出力エネルギーを維持するために必要な高電圧を描くことによって示されている。キセノン濃度についての出力エネルギーの依存性はＷａｋａｂａｙａｓｈｉ外（上記参照）によって得られた結果と定性的に類似している。図６ｅは、最大出力エネルギーを生成するかあるいは５ｍＪ出力エネルギーを維持するための最小高電圧を必要とするキセノン濃度が約１０ｐｐｍか約１０ｐｐｍより少し少ない値であることを示している。１０ｐｐｍにおいて、必要な高電圧は約１８．９ｋＶである。１０ｐｐｍより多いか少ないキセノン濃度では、５ｍＪの出力エネルギーを維持するために必要な高電圧は増加する。例えば、０ｐｐｍと約２８ｐｐｍでは必要な高電圧は約１９．６ｋＶである。２８ｐｐｍより多いキセノン濃度では高電圧は増加し続ける。
【００５８】
しかしながら、出力エネルギー安定性は１０ｐｐｍより多いキセノン濃度においては改善されており、３５ｐｐｍの大きさのキセノン濃度でも改善し続けている。図６ｅに示すように、エネルギー安定性シグマは０ｐｐｍのキセノン濃度において約３．３％である。エネルギーシグマは約１７ｐｐｍと２１ｐｐｍの間では約２．４％に改善されている。エネルギーシグマは更に約２８ｐｐｍにおいて２．１％まで改善されている。これらのデータから、最適キセノン濃度は、５ｍＪの出力エネルギーを維持するのに必要な最低高電圧を発生させる濃度よりも大きく、その最低値から著しく増加させた必要高電圧を発生させる濃度よりも小さいことが、本発明において認められる。このように、エネルギー安定性シグマと出力パルスエネルギーの組み合わせを改善しようとしている本発明の実施例に対する最適キセノン濃度は、図６ｅ、すなわち高電圧とエネルギーシグマ対キセノン濃度グラフ、に示された両プロットに基づいている。従って、この好ましい実施例のレーザシステムに対する最適キセノン濃度は、ＡｒＦレーザに対しては約１０ｐｐｍと３０ｐｐｍの間である。
【００５９】
図６ｅが示すように、エネルギー安定性は２．８％以下に著しく改善されており、キセノン濃度１２ｐｐｍに対しては２．７％よりも小さくなっている。エネルギー安定性は更に高いキセノン濃度においてもまだ改善されている。このように本発明により、ＡｒＦレーザは１２ｐｐｍまたはそれ以上のキセノン濃度を持つようになっている。この改善されたエネルギー安定性は、フォトリソグラフィに応用する撮像システムとの組み合わせで使用するエキシマレーザにとって特に有益である。エネルギー安定性の同様の改善が、少量のキセノンなどのガス添加物が混合ガスに添加されたときに、１５７ｎｍフッ素分子（Ｆ２）レーザに対して期待される。キセノンの具体的な最適濃度はフッ素分子レーザを用いて測定されるシグマと高電圧対キセノン濃度のグラフについての同様の研究に基づいている。
（好適レーザシステム）
本発明のＫｒＦ、ＡｒＦ、またはＦ２レーザシステムの好適実施例が図７に示されている。図７は、それぞれ約２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、または１５７ｎｍの放射線（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を用いた深紫外線（ＤＵＶ）または真空紫外線（ＶＵＶ）リソグラフィー用のエキシマレーザまたはフッ素分子レーザの種々のモジュールを示している。放電チャンバ１はレーザ混合ガスを含み、一対の主放電電極１ａ、１ｂと一つまたはそれ以上の予備イオン化電極（図示せず）を備えている。模範的な電極構成が、本出願と同じ被譲渡人に譲渡されていて、本出願の中で参照されている米国仮出願番号６０／１２８，２２７に記載されている。模範的な予備イオン化アセンブリが、本出願と同じ被譲渡人に譲渡されていて、本出願の中で引用により組み込まれている米国特許出願番号０９／２４７，８８７，６０／１６０，１８２および６０／１６２，６４５に記載されている。
【００６０】
レーザ混合ガスを含む放電チャンバ１を囲むレーザ共振器は、狭線幅化が望ましくない場合は高反射鏡または同等品と置き換えることができる、狭線幅化エキシマレーザまたはフッ素分子レーザ用の狭線幅化モジュール２と、出力結合モジュール３を備えている。所望の狭線幅化及び／または選択とチューニングのタイプと程度、及び狭線幅化モジュールが取り付けられるべき特定のレーザのタイプと程度により、使用可能な多くの代わりの狭線幅化構成がある。この目的のため、これらは、以下の特許と特許出願の中で示されている。すなわち、本出願と同じ被譲渡人に譲渡されている米国特許番号４，３９９，５４０、４，９０５，２４３、５，２２６，０５０，５，５５９，８１６，５，６５９，４１９，５，６６３，９７３，５，７６１，２３６、および５，９４６，３３７と、米国特許出願番号０９／３１７，６９５，０９／１３０，２７７，０９／２４４，５５４，０９／３１７，５２７，０９／０７３，０７０，６０／１２４，２４１，６０／１４０，５３２、および６０／１４０，５３１、ならびに、全て本出願の中に引用により組み込まれている米国特許番号５，０９５，４９２，５，６８４，８２２，５，８３５，５２０，５，８５２，６２７，５，８５６，９９１，５，８９８，７２５，５，９０１，１６３，５，９１７，８４９，５，９７０，０８２，５，４０４，３６６，４，９７５，９１９，５，１４２，５４３，５，５９６，５９６，５，８０２，０９４，４，８５６，０１８、および４，８２９，５３６の中で示されている。
【００６１】
放電チャンバは放射されるレーザ放射線１４の波長に対して透過な窓８によって密閉されている。出力ビームの一部が出力結合器（ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｒ）３を通過した後、その出力部分がビームスプリッタ６に入射し（ｉｍｐｉｎｇｅ）、そのビームの一部が反射し、第２ビームスプリッタ７へ向かう。第２ビームスプリッタに入射したビームの一部はそのとき反射して高速エネルギー検出器５へと向かい、その残りはビームスプリッタを通過して帯域幅と波長のメータ４で受け取られる。ビームスプリッタ６を通過した出力結合されたビームの部分はレーザの放射出力（ｏｕｔｐｕｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）である。これは、フォトリソグラフィ用光源などの産業または実験応用機器に向かって伝播する。
【００６２】
パルスパワーモジュール（ｐｕｌｓｅ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）９と高電圧電源１０は、電気エネルギーを主電極１ａ、１ｂに供給して混合ガスを励起する（ｅｎｅｒｇｙ）。好ましいパルスパワーモジュールと高電圧電源は、本出願と同じ被譲渡人に譲渡されており、本出願の中に引用により組み込まれている米国特許出願番号０８／８４２，５７８，０８／８２２，４５１、および０９／３９０，１４６で述べられている。
【００６３】
プロセッサまたは制御コンピュータ１１は出力ビームのエネルギー、エネルギー安定性、波長、および帯域幅の値の受信及び／または処理を行い、狭線幅化モジュールを制御してその波長をチューニングし、電源部品９および１０を制御してエネルギーを制御する。更に、プロセッサ１１は、レーザシステムの内部または外部にあるガス供給バルブ１２とガス添加源１３を備えたガス供給ユニットを制御する。ＫｒＦレーザに対しては、好ましくはキセノンのガス添加物の供給が、レーザシステム内で行われる。ＡｒＦレーザに対しては、好ましくはキセノンのガス添加物供給が、ガス管（ｇａｓ ｔｕｂｉｎｇ）１７を介して、ハロゲン含有ガス、活性希ガスおよび緩衝ガスなどのシステムのその他のガスの外部ガス供給（図示せず）と一緒にするといったようにして、レーザシステムの外部で維持される。あるいは、ＡｒＦレーザは、キセノンまたはもう一つのガス添加物の内部供給を有するか、またはキセノン以外のガス添加物の外部供給を有することができる。ＫｒＦレーザは、キセノンまたはもう一つのガス添加物の外部供給を有するか、またはキセノンの内部供給を有することができる。キセノン及び／またはその他のガス添加物は適切なガス管１５を介してガス供給バルブに接続されている。ガス供給バルブは、真空ポンプ１８またはその他の低圧力源に好ましく接続されているその他のガス管１６を介してレーザチューブに接続されている。
【００６４】
システムのハロゲン含有ガスとそれ以外のガスに関して出願 ’８７５の中で述べられているように、プロセッサがキセノン注入を実行すべきことを決定すると、区画室（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）が最初に所定圧までキセノンで満たされる（この目的のため、本出願と同じ被譲渡人に譲渡されている米国特許５，３９６，５１４が本出願の中に引用により組み込まれている。上記で参照された出願 ’７８５も参照）。それからキセノンがチューブ１に注入される。この方法によって、チューブ１内の圧力と、キセノンで満たされた区画室内の圧力、および区画室の容量を考慮して、どのくらいのキセノンがチューブに注入されたかをもっと正確に決定することができる。システムはまた、チューブ１内の圧力を減少させるのが望ましいか、あるいはキセノンなどのガスの一つの部分圧が高すぎると決定されるか、あるいは、特許出願 ’７８５に述べられているような部分ガス置換あるいはミニガス置換などのガス補給操作を実施すべきであるか、あるいは新規充填を実施すべきである場合に、チューブ１からキセノンを含むガスを放出する手段を備えている。
【００６５】
上述の通り、レーザのガス区画室はキセノン源または供給手段１３を好ましく含んでいる。キセノン源１３は、ガス管１５と必要ならガス供給バルブ１２に追加されるバルブとに接続されている。標準混合ガスがガス供給管１７を介して外部ガス供給手段によってレーザに供給される。
【００６６】
レーザの新規充填は制御コンピュータ１１によって自動的に制御される。本発明においては、キセノン源１３からのキセノンガスは、新規充填の間に高精度に放電チャンバ１に注入される。この注入は、本発明の好ましいバージョンにおいて、新ガス充填を開始する前に、放電チャンバ１内の圧力を予め設定された低バルブ圧力値、例えば約２０〜３０ｍｂａｒに減少させたすぐ後に、行うことができる。本発明のもう一つの好ましい例においては、キセノン注入は、標準混合ガスがすでに充填されているときに新規充填の最後に行うことができる。
【００６７】
所定の濃度での混合ガスへのキセノンの添加を含む本発明は、高繰り返し速度で動作するときに特に有益である。すなわち、並の繰り返し速度（例えば、１〜３００Ｈｚまたは５００Ｈｚといった１ｋＨｚより十分小さい速度）におけるレーザの性能は、１ｋＨｚ以上といった高繰り返し速度で動作するときのように、混合ガス内のＸｅの添加によって有利に変化するとは認められない。キセノンの添加による高繰り返し速度（約１ｋＨｚ以上）でのレーザの動作は著しく改善されており、より速い繰り返し速度でのレーザの出力（ｐｏｗｅｒ）は殆ど直線的であったし、パルスからパルスまでのエネルギー安定性（標準偏差）はより良好であった。
【００６８】
高繰り返し速度でのレーザの妥当な動作は種々の要因に依存している。放電チャンバ１内の繰り返し行う非常に強い周期的ガス放電は電極間領域内でのガスの連続的な更新によって改善される。しかし、電極１ａ、１ｂ間の強いガスの流れは唯一の重要な条件ではなく、本発明は正確な成分ガス濃度を維持することを含む混合ガス組成が重要であることを立証している。
【００６９】
レーザ出力放射線のパルスからパルスまでのエネルギー安定性はまた、レーザ励起のガス放電プロセスの運動力学（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）と、レーザパルスの生成プロセスの具体的な特徴に強く依存しているのみならず、電気放電のポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）に使用される電気パルス発生器の通常の安定性（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）に強く依存している。規定濃度に従って混合ガスに微量のキセノンを添加することによって本発明において有利に達成されるガスの予備イオン化強度の増加によって、パルスからパルスまでの安定性が著しく改善される。
【００７０】
本発明の目的が満足されていることが我々の実験の中で示されている。少量のキセノンの添加は、特に正確な濃度に保たれているときに、高繰り返し速度において特に有利であると共に、レーザ動作を改善する。すなわち、特にパルスからパルスまでのエネルギー安定性（標準偏差）に関する、高繰り返し速度でのレーザ性能の改善が、有利に達成される。
（発明の効果）
上述された本発明のいくつかの実施例は、エキシマレーザまたはフッ素分子レーザの混合ガスへのキセノン添加物の濃度を制御して、レーザのパルスエネルギー、エネルギー安定性およびオーバーシュート制御を制御することによって、本発明の目的を満足している。このレーザは、レーザ混合ガスへのキセノンの供給を行うための装置と、レーザのガス放電容器の混合ガス内の適切なキセノン量を注入制御するための方法を備えている。本発明は、最大のエネルギー安定性およびオーバーシュート制御と、レーザシステムのその他の部品と所望のビームパラメータ仕様による制約に基づくレーザのエネルギー出力との間の最適バランスを達成する。本発明を使用して上述したようにその部品の寿命を延ばすこともできる。
【００７１】
本発明のこれらの特徴は、エネルギー安定性、オーバーシュート制御、および出力のレーザチャンバ内キセノン濃度に対する依存性の調査に基いて本発明の中で達成されている。実験データをここに詳しく説明して、本発明の個々の実施例に関して上述の利点を明らかにしている。
【００７２】
この発明におけるエキシマレーザの混合ガス内の微量のキセノンまたはキセノン含有化合物は、例えばエキシプレックスがキセノン（例えば、ＸｅＦまたはＸｅＣｌ）を含むという理由などのその他の理由のために大量のキセノンは含んでいないこのようなフッ素含有エキシマレーザ混合ガスを参照しているに過ぎない。本発明に従って混合ガスに添加されるキセノンの濃度（ＫｒＦレーザに対しては２０００ｐｐｍより小さく、ＡｒＦレーザに対しては２０００ｐｐｍより著しく小さい濃度）は、本発明の主題であるエキシマレーザ内のそのようなキセノン含有混合ガスを作らない。
【００７３】
本発明の中で参照されている混合ガス内の微量のキセノンの最適濃度は、個々の場合におけるエキシマレーザの特性と条件に依存しており、最適値についてすべての形式のエキシマレーザに対して規定することはできない。それぞれの形式のレーザに対する最適キセノン濃度は実験的に決定されなければならない。例えば、本発明は、エキシマレーザが比較的高い繰り返し速度、特に１００Ｈｚより大きい繰り返し速度で動作するときに、５００Ｈｚより大きい速度で動作するときにはとりわけ、特に良い結果を与えている。
【００７４】
上述したように、キセノンまたはキセノンを供給する物質の濃度は、混合ガス内で有利には無制限に増加させられているものではなく、種々のレーザパラメータに依存し、また、使用される混合ガス、予備イオン化の形式、電気ガス放電の構成（特に、電極形状と電極状態）、および外部電気回路に関してレーザの形式間で変る、ある最適値に達する。その濃度は簡単に各レーザの形式に対して経験的に最適化できる。
【００７５】
いま開示された好ましい実施例が本発明の範囲と精神から逸脱することなく数多くの適合と変更に対応していることは、この技術分野の人によって高く評価されるであろう。従って、本発明は、本発明の範囲と精神内において、特に上述した以外にも実施することができることが理解される。このように本発明の範囲は上述した特定の実施例によって制限されることはない。それよりも、本発明の範囲は、特許請求の範囲の用語およびその構造的機能的同義語に包含されると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
バーストモードにあるレーザ動作のエネルギーのオーバーシュートまたはスパイクを示す図である。
【図２】
本発明によるキセノンガス発生器を示す図である。
【図３ａ】
従来のＫｒＦレーザシステムについて、２４０パルスの多数のバースト全体についてのパルスからパルスまでのエネルギー安定性を示す図である。
【図３ｂ】
従来のバーストモード動作ＫｒＦレーザのエネルギーのオーバーシュートを、約２４０パルスを含むバースト全体に渡って、安定状態出力エネルギーを超えるパーセントで表した図である。
【図４ａ】
本発明によるＫｒＦレーザシステムについて、図３ａと同じ数の２４０パルスのバーストについてのパルスからパルスまでのエネルギー安定性を示す図である。
【図４ｂ】
本発明によるバーストモード動作ＫｒＦレーザのエネルギーのオーバーシュートを、約２４０パルスを含むバースト全体に渡って、安定状態出力エネルギーを越えるパーセントで表した図である。
【図５】
バーストモードで動作しているＫｒＦレーザのエネルギーのオーバーシュートのキセノン濃度に対する依存度を、バースト全体の安定状態出力エネルギーを超えるパーセントで表した図である。
【図６ａ】
バーストモードで動作しているＫｒＦレーザのエネルギー安定性の、３０から５２０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を、そのレーザの安定状態出力エネルギーからのパーセント偏差の逆数で表した図である。
【図６ｂ】
バーストモードで動作しているＫｒＦレーザのエネルギー安定性の、０から３０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を、そのレーザの安定状態出力エネルギーからのパーセント偏差で表した図である。
【図６ｃ】
一定放電電圧におけるＫｒＦレーザの出力パルスエネルギーの３０から５２０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を示した図である。
【図６ｄ】
一定放電電圧におけるＫｒＦレーザの出力パルスエネルギーの、０から３０ｐｐｍまでのキセノン濃度に対する実測依存度を示した図である。
【図６ｅ】
ＡｒＦレーザ混合ガスにおける出力エネルギーとエネルギー安定性シグマの、キセノン濃度に対する実測依存度を示す図であり、ここで、出力エネルギー依存度は５ｍＪの出力エネルギーを維持するのに必要な放電電圧を描くことによって示されている。
【図７】
本発明によるＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ２レーザシステムの好適実施例を示す図である。