(57)【要約】２つのレーザサブシステムを有する狭帯域Ｆ2レーザシステム。第１のレーザサブシステムは、シードレーザ（１００）であり、Ｆ2レーザシステムの第１の自然放射ラインに対応する第１の狭い波長範囲での超狭帯域パルスビームを供給する。このビームは、第１の方向で第２のレーザサブシステム（１０２）の利得媒体に注入され、そこで、ビームは、狭帯域パルス出力ビームを生成するために増幅される。シードレーザ（１００）はまた、Ｆ2レーザの第２の自然放射ラインに対応する第２の波長範囲で第２のパルスビームを生成する。このラインは、上述の第１の方向と反対の第２の方向で第２のレーザサブシステム（１０２）の利得媒体に注入される。第２のビームは、第２のレーザサブシステムの利得媒体において増幅され、第２の波長範囲における利得ポテンシャルの利得媒体を枯渇させる。すなわち、出力ビーム（１２４）における光の第２の波長範囲の部分は、大幅に低減される。【選択図】図１３
2004531068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）フッ素及びバッファガスを含むレーザガスを通して電気放電によって生成された利得媒体を含み、
１）シードレーザサブシステムの第１の自然放射ラインの全て又は一部分に対応する所望の第１の狭い周波数範囲での第１の狭帯域レーザビーム、及び
２）シードレーザサブシステムの第２の自然放射ラインに対応する少なくとも１つの不要な波長範囲での第２のレーザビーム、
を生成するように構成されたシードレーザサブシステムと、
Ｂ）フッ素及びバッファガスを含むレーザガスを通して電気放電によって生成された第２の利得媒体を含む第２のレーザサブシステムと、
Ｃ）前記第１の所望の狭帯域レーザビームを、狭帯域レーザシステム出力ビームまで増幅させるために前記第２の利得媒体の中に向けるように構成された第１の光学列と、
Ｄ）前記第２のレーザビームを前記第２の利得媒体の中に向けることにより、
１）前記不要な波長範囲にある利得ポテンシャルを前記第２の利得媒体から枯渇させ、
２）前記レーザシステム出力ビームにおいて、不要な波長範囲の光強度を低減する、
ように構成された第２の光学列と、
を含むことを特徴とする、注入シード方式Ｆ2レーザシステム。
【請求項２】
前記シードレーザサブシステムは、レーザガス圧力、バッファガス混合、Ｆ2分圧、レーザガス温度、放電電圧、及びパルスエネルギから成るレーザパラメータ群の１つ又はそれ以上を調節する中心線波長制御手段を含む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】
前記中心線制御手段は、レーザガス圧力を制御する手段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】
Ａ）１）ａ）各コアが一次巻線を有する幾つかのコアＮを形成する第１の複数の変圧器コアと、
ｂ）前記第１の複数のコアの全てを通過する少なくとも１つの第１の二次導体と、
を含む第１のパルス変圧器、及び
２）ａ）各コアが一次巻線を有する幾つかのコアＭを形成する第２の複数のコアと、
ｂ）前記第２の複数のコアの全てを通過する少なくとも１つの第２の二次導体と、
を含む第２のパルス変圧器、
を有するパルス変圧器システムと、
Ｂ）比較的長い持続時間の高電圧電気パルスを生成するための高電圧パルス電源と、
Ｃ）前記高電圧電気パルスを圧縮して比較的短い持続時間の圧縮された高電圧パルスを生成するための上流側電気パルス圧縮回路であって、
前記圧縮された高電圧パルスを、
１）前記第１の複数の変圧器コアの各々の前記一次巻線、及び
２）前記第２の複数の変圧器コアの各々の前記一次巻線、
に対して並列に印加し、前記第１の二次導体上の出力において非常に高電圧の第１のパルスを生成し、前記第２の二次導体上の出力において非常に高電圧の第２のパルスを生成するように構成された上流側回路と、
Ｄ）前記第１の非常に高電圧のパルスを前記第１の組の電極に印加して、前記第１の放電領域に放電を引き起こすための第１の下流側電気回路と、
Ｅ）前記第２の非常に高電圧のパルスを前記第２の組の電極に印加して、前記第２の放電領域に放電を引き起こすようにパルスを掛けるための第２の下流側電気回路と、
を有するパルス電力システムを更に含み、
前記第１のレーザサブシステムの出力ビームは、前記第２の放電領域で増幅され、前記第２の放電レーザサブシステムの出力において増幅されたレーザビームを生成する、
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５】
Ｎは、Ｍに等しいことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項６】
Ｎは、Ｍに等しくないことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項７】
Ｎ及びＭは、それぞれ２３にほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項８】
前記第１の二次導体は、単一導体であり、
前記第２の二次導体も、単一導体である、
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１の二次導体は、複数の同軸導体であり、
前記少なくとも１つの第２の二次導体も、複数の同軸導体である、
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記非常に高電圧の第１のパルス及び非常に高電圧の第２のパルスの一方を他方に対して遅延させるパルス遅延手段を更に含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
前記パルス遅延手段は、導電経路の延長部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
前記遅延手段は、飽和可能な指示器上の調節可能なバイアスを含むことを特徴とする請求項１０に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
調節可能な順方向バイアスで濾過された飽和可能インダクタを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ。
【請求項１４】
ジターを検出する手段、及びジター制御フィードバックループを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ。
【請求項１５】
Ａ）前記第２のレーザシステムは、電力増幅器として構成され、
Ｂ）前記第１の光学列は、前記第２の利得媒体の中に第１の方向で注入される前記所望の第１の狭い波長範囲の前記第１の狭帯域レーザビームを作り出すために、前記所望の波長の光を不要な波長範囲の光から分離するように構成されたプリズムビーム分離器を含み、
Ｃ）前記第２の光学列は、前記第１の方向と反対の第２の方向で前記第２の利得媒体の中に注入される第２のレーザビームを作り出すために、前記不要な波長範囲の光を前記所望の波長範囲の光から分離するように構成されたプリズムビーム分離器を含む、
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】
前記シードレーザサブシステムは、前記第１の狭帯域ビーム及び前記第２の狭帯域ビームを生成するように構成された回折格子を含む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１７】
前記第１の狭帯域ビーム及び前記第２の狭帯域ビームを生成するための少なくとも１つのリオフィルタを更に含む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１８】
前記第１の狭帯域ビームは、第１の偏光を形成し、
前記第２の狭帯域ビームは、前記第１の偏光から約９０度回転した第２の偏光を形成し、
両方のビームは、前記第２の利得媒体の中に単一方向に注入され、前記利得媒体における増幅後に、偏光ビームスプリッタによって分離される、
ことを特徴とする請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記第２の光学列はまた、第２のレーザビームにおける所望の波長範囲の光の強度を低減するように配置されたエタロンを含む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】
本出願は、「ライン選択及び弁別を伴う注入シード方式Ｆ2レーザ」という名称の２００１年６月１２日出願の米国特許出願一連番号第０９／８７９，３１１号、２００１年５月１４日出願の米国特許出願一連番号第０９／８５５，３１０号、「精密なタイミング制御を伴う注入シード方式レーザ」という名称の２００１年５月３日出願の米国特許出願一連番号第０９／８４８，０４３号、「予注入フィルタを有する注入シード方式Ｆ2レーザ」という名称の２００１年４月９日出願の米国特許出願一連番号第０９／８２９，４７５号、「超狭帯域注入シード方式Ｆ２リソグラフィレーザ」という名称の１９９９年１２月２８日出願の米国特許出願一連番号第０９／４７３，７９５号、「注入シード方式Ｆ2リソグラフィレーザ」という名称の１９９９年１２月１０日出願の米国特許出願一連番号第０９／４５９，１６５号、「目視及びＩＲ制御を伴うＦ2レーザ」という名称の１９９９年１１月１２日出願の米国特許出願一連番号第０９／４３８，２４９号、「ライン・ナロード・シードビームを有する単一チャンバガス放電レーザ」という名称の１９９９年１０月２０日出願の米国特許出願一連番号第０９／４２１，７０１号、及び、現在では米国特許第６，２４０，１１０号として付与されている「エタロン出力カプラを有するライン・ナロード・レーザ」という名称の１９９９年９月２７日出願の米国特許出願一連番号第０９／４０７，１２０号の一部継続出願である。本発明は、レーザに関し、特に、集積回路リソグラフィに有益な注入シード方式レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のリソグラフィレーザ
ＫｒＦエキシマレーザは、集積回路リソグラフィ用の最先端光源である。このようなレーザは、米国特許第４，９５９，８４０号、米国特許第５，９９１，３２４号、及び米国特許第６，１２８，３２３号で説明されている。このレーザは、約２４８ｎｍの波長で作動する。ＫｒＦレーザで、寸法がわずか１８０ｎｍの集積回路を製造することができる。更に微細な寸法は、約１９３ｎｍで作動するＡｒＦレーザ、又は約１５７ｎｍで作動するＦ2レーザでもたらすことができる。これらのレーザ、つまり、ＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、及びＦ2レーザは、非常に似通っており、実際に、ＫｒＦレーザを製造するのに使用されるのと同じ基本的な機器は、わずかに異なる波長に適合するように単にガス濃度を変化させ、放電電圧を上げ、制御装置及び計装を改造すれば、ＡｒＦレーザ又はＦ2レーザを製造するのに使用することができる。
【０００３】
集積回路の製造に使用される一般的な従来技術によるＫｒＦエキシマレーザを図１、図１Ａ、及び図１Ｂに示す。この従来技術によるレーザのレーザチャンバの断面図を図１Ｂに示す。図１Ａに示すように、高電圧電源３により電力が供給されるパルス電力システム２は、電気パルスを放電チャンバ８に位置する電極６に供給する。一般的な最先端リソグラフィレーザは、約１０ミリジュール／パルスのパルスエネルギを用いて約１０００Ｈｚから２０００Ｈｚのパルス繰返し数で作動される。電極間の空間を通して、約１，０００から２，０００センチメートル／秒の速度で、約３気圧のレーザガス(ＫｒＦレーザの場合は、約０．１％フッ素、１．３％クリプトン、及び残りのバッファガスとして機能するネオン)を循環させる。これは、レーザ放電チャンバに位置する接線方向送風機１０で行われる。レーザガスは、やはりレーザ放電チャンバに位置する熱交換器１１、及びチャンバの外側に取り付けられた冷間板（図示せず）で冷却される。エキシマレーザの自然帯域幅は、ライン・ナローイング・モジュール１８によって狭められる（ライン・ナローイング・パッケージ、又は「ＬＮＰ」ということもある）。市販のエキシマレーザシステムは、一般的に、システムの残りの部分を乱すことなく素早く交換することができる幾つかのモジュールで構成されている。主なモジュールには、以下のものが含まれる。
レーザチャンバモジュール
高電圧電源モジュール
高電圧圧縮ヘッドモジュール
整流子モジュール
出力カプラモジュール
ライン・ナローイング・モジュール
波長計モジュール
コンピュータ制御モジュール
ガス制御モジュール
冷却水モジュール
【０００４】
電極６は、陰極６Ａ及び陽極６Ｂから成る。陽極６Ｂは、この従来技術による実施形態では、図１Ｂの断面図に示す陽極サポートバー４４によって支えられている。流れは、この図では反時計回りである。陽極サポートバー４４の１つの隅部及び１つの縁部は、送風機１０からの空気を強制的に電極６Ａ及び６Ｂの間に流すための案内羽としての役目をする。この従来技術によるレーザにおける他の案内羽は、４６、４８、及び５０で示されている。有孔流れ戻り板５２は、チャンバ８の金属構造体に対して陽極６Ｂを接地するのを助ける。この板には、この流れ戻り板が実質的にガス流に影響を与えないようにレーザガス流路内に位置する大きな穴（図３では図示せず）が穿孔されている。個々のコンデンサ１９のアレーで構成されたピークコンデンサバンクは、パルス電力システム２によって各パルスの前に充電される。ピークコンデンサ上での電圧上昇中に１つ又はそれ以上のプレイオン化装置５６は、電極６Ａ及び６Ｂとの間のレージングガスを弱くイオン化し、コンデンサ１９上の電荷が約１６，０００ボルトに達すると、電極全体に亘る放電が発生してエキシマレーザパルスが生成される。各パルスに続いて、送風機１０によって生成された約１から２センチメートル／ミリ秒の電極間のガス流は、０．５から１ミリ秒後に発生する次のパルスに間に合うように電極間に新しいレーザガスをもたらすのに十分なものである。
【０００５】
一般的なリソグラフィエキシマレーザでは、フィードバック制御システムにより各パルスの出力レーザエネルギが測定され、所望のパルスエネルギからのシフトの程度が判断された後に、その後のパルスエネルギが所望のエネルギの近傍となるように電源電圧を調節する信号がコントローラに送られる。これらのエキシマレーザは、一般的に、計画された保守のために短い休止があるだけであって、数ヵ月間の間、２４時間／日及び７日／週で連続的に作動することが要求される。
【０００６】
注入シード方式
ガス放電レーザシステム（エキシマレーザシステムを含む）の帯域幅を小さくするための公知の技術では、狭帯域「シード」ビームが利得媒体に注入される。１つのこのようなシステムでは、「シードレーザ」又は「マスタ発振器」というレーザが非常に狭いレーザ帯域ビームを供給するように設計され、そのレーザビームは、第２のレーザのシードビームとして使用される。第２のレーザが電力増幅器として機能する場合、そのシステムは、一般的に、マスタ発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）システムという。第２レーザ自体が共振空洞を有する場合、システムは、一般的に注入シード方式発振器（ＩＳＯ）と呼ばれ、シードレーザは、通常はマスタ発振器と呼ばれ、下流側レーザは、通常は電力発振器と呼ばれる。
【０００７】
ジターの問題
上述の種類のガス放電レーザでは、放電の持続時間は非常に短い時間であり、一般的に、約２０から５０ｎｓ（１秒の２００億分の一から５００億分の一）である。更に、放電によって作り出される反転分布は、その反転分布が実質的に放電中のみに存在するように極めて急速に消耗される。これらの２つのレーザシステムでは、下流側レーザの分布は、上流側レーザからのビームが第２レーザに達した時に反転されなければならない。従って、２つのレーザの放電は、レーザシステムの適正な作動のために適切に同期されるべきである。一般的なパルス電力システム内では放電タイミングの変動のいくつかの潜在的な原因があるので、これは問題になる可能性がある。タイミング変動の最も重要な原因の２つは、パルス電力回路で使用される飽和可能インダクタにおける電圧変動及び温度変動である。放電のタイミングを所望の値に正規化するために、パルス電力充電電圧及びインダクタ温度をモニタすること、及び、測定からのデータ及び遅延回路を利用することが公知である。従来技術の一例は、本明細書において引用により組み込まれる、米国特許第６，０１６，３２５号に説明されている。そこでは、従来技術においてタイミング誤差を低減することはできても、それを除去することはできないであろう。最終的にもたらされるこれらの誤差は、「ジター」と呼ばれる。
【０００８】
レーザ波長及び帯域幅
一般的なＫｒＦレーザは、約２４８ｎｍを中心とした約３００ｐｍ（ＦＷＨＭ）の自然帯域を有し、リソグラフィ用には、一般的に約０．６ｐｍにライン・ナローイングされる。ＡｒＦレーザは、約１９３ｎｍを中心とした約５００の自然帯域を有し、一般的に０．５ｐｍにライン・ナローイングされる。これらのレーザは、図２に示すライン・ナローイング・モジュール１８を使用して自然帯域の大部分に亘って比較的に簡単に同調させることができる。また、ＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザについては、スペクトルをレーザ作動中に原子基準線と比較することにより、出力ビームの絶対波長を正確に判断することができる。Ｆ2レーザは、一般的に、エネルギの大半が約１５７．６３ｎｍ及び１５７．５２ｎｍを中心とした２つの狭いライン内にあるレーザビームを生成する。多くの場合、これらの狭い線の強度の小さい方（即ち、１５７．５２ｎｍライン）が抑制され、レーザは、１５７．６３ｎｍラインで作動するように強制される。１５７．６３ｎｍラインの自然帯域幅は圧力に依存し、約０．６から１．２ｐｍまで変動する。帯域幅がこの範囲にあるＦ2レーザは、屈折及び反射の両方の光学要素を使用する反射屈折レンズデザインを利用するリソグラフィ装置と共に使用することができるが、全屈折レンズデザインに対しては、レーザビームは、所望の結果をもたらす帯域幅を有するべきである。また、出力ビームの中心線波長は、放電領域の状態により若干変動することになることも公知である。
リソグラフィ機器のためのレーザは、非常に複雑かつ高価である。帯域幅が更に小さくなれば、リソグラフィ機器のレンズデザインが大幅に簡素化され、及び／又は、その機器によって製造された集積回路の品質が向上するであろう。すなわち、帯域幅が実質的に低減されたリソグラフィレーザ（ＫｒＦ、ＡｒＦ、及びＦ2レーザを含む）に対する必要性が存在する。
【０００９】
帯域幅制御
ＫｒＦ及びＡｒＦレーザの波長は、その自然帯域に相当する数百ピコメートルの範囲に亘って比較的容易に制御される。一方、Ｆ2レーザは、出力の大部分が２つの狭いラインに集中していることから、部分的に同調不可能と考えられてきた。ラインのうちの一方を選択して他方のラインのエネルギを除去する幾つかの技術が既に用意されている。
【００１０】
増幅された自然放射
ＫｒＦ及びＡｒＦシステムのような多くのライン選択式レーザシステムにおいては、狭い周波数帯域の構築は、他のスペクトル領域の構築を抑制する。しかし、様々なレーザ周波数間の弱い相互作用によってこの機構の影響を低減することができる。Ｆ2レーザシステムは、かなりの強度増加、又は利得媒体を通る単なる単一パスを可能にする非常に大きな利得を提供する。最初の光レベルは、任意の潜在的レーザラインにおいていわゆる自然放射と呼ばれるオリジナルを作る。これらの自然放射が増幅された時、その光を増幅自然放射（ＡＳＥ）と呼び、これは、出力レーザビームの一部となる場合があり、ビームの品質を低減する。Ｆ2レーザの場合は、所望の１５７．６３ｎｍの効率的な生成を維持しながら１５７．５２ｎｍラインを抑制するために多くの試みが行われてきた。リソグラフィ光源として使用するために、１５７．５２ｎｍラインの強度を１５７．６３ｎｍラインの０．１％未満に低減するという必要性がある。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許出願一連番号第０９／８７９，３１１号
【特許文献２】
米国特許出願一連番号第０９／８５５，３１０号
【特許文献３】
米国特許出願一連番号第０９／８４８，０４３号
【特許文献４】
米国特許出願一連番号第０９／８２９，４７５号
【特許文献５】
米国特許出願一連番号第０９／４７３，７９５号
【特許文献６】
米国特許出願一連番号第０９／４５９，１６５号
【特許文献７】
米国特許出願一連番号第０９／４３８，２４９号
【特許文献８】
米国特許出願一連番号第０９／４２１，７０１号
【特許文献９】
米国特許出願一連番号第０９／４０７，１２０号
【特許文献１０】
米国特許第６，２４０，１１０号
【特許文献１１】
米国特許第４，９５９，８４０号
【特許文献１２】
米国特許第５，９９１，３２４号
【特許文献１３】
米国特許第６，１２８，３２３号
【特許文献１４】
米国特許第６，０１６，３２５号
【特許文献１５】
米国特許第５，１４２，１６６号
【特許文献１６】
米国特許第６，１５１，３４６号
【特許文献１７】
米国特許第５，７２９，５６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
必要とされるのは、１５７．５２ｎｍラインが有意でなくなるまで抑制されるより良好なＦ２レーザシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、２つのレーザサブシステムを有する狭帯域Ｆ2レーザシステムを提供する。第１のレーザサブシステムは、Ｆ2レーザシステムの第１の自然放射ラインに対応する第１の狭い波長範囲での超狭帯域パルスビームを供給するように構成される。このビームは、第１の方向で第２のレーザサブシステムの利得媒体に注入され、そこで、ビームは、狭帯域パルス出力ビームを生成するために増幅される。シードレーザサブシステムはまた、Ｆ2レーザの第２の自然放射ラインに対応する第２の波長範囲で第２のパルスビームを生成する。このラインは、上述の第１の方向と反対の第２の方向で第２のレーザサブシステムの利得媒体に注入される。第２のビームは、第２のレーザサブシステムの利得媒体において増幅され、第２の波長範囲における利得ポテンシャルの利得媒体を枯渇させる。（この増幅された第２のビームは、消耗されることが好ましい。）このように低減された第２の不要な波長範囲にある利得ポテンシャルを用いて、出力ビームの第２の波長範囲にある光の部分は大幅に低減される。好ましい実施形態においては、放電を適正に同期化するために、２つのレーザサブシステムの放電の時期を正確に決めるように特に構成されたパルス電源が設けられ、レーザガスは、約１％よりも少ない分圧のＦ2を含み、バッファガスは、ヘリウム又はネオン、又は、ヘリウム及びネオンの組合せで構成される。出力ビームの中心波長の制御は、第１レーザにおける以下のパラメータ、すなわち、全レーザガス圧力、ヘリウム又はネオンの相対濃度、Ｆ2分圧、レーザガス温度、放電電圧、及びパルスエネルギのうちの１つ又はそれ以上を調節することによってもたらすことができる。
【００１４】
正確なジター制御に関して、好ましい実施形態には、二組の変圧器コアを有するパルス変圧器ユニットを備えたパルス電力システムが含まれる。単一の上流側パルス圧縮回路は、両方の組のコアの全ての一次巻線と平行に高電圧パルスを供給する。別々の二次導体（一方は、一方の組のコアを通過し、他方は、他方の組のコアを通過する）は、放電パルスを２つの別々のレーザチャンバの各々の電極に供給する別々の下流側回路にそれぞれ超高電圧パルスをもたらす。好ましい実施形態では、ライン・ナローイングは、シードレーザの共振空洞内で達成され、及び／又は、シードレーザの出力をプレ利得フィルタを使用してライン・ナローイングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本出願人の実験
Ｆ2レーザシステムの中心線波長及び帯域に及ぼす様々なＦ2レーザ作動パラメータの変動の影響を理解して特徴付けるために、本出願人は、入念な実験を行い、Ｆ2レーザビームスペクトルの２つの主要ラインの絶対値を正確に判断した。本出願人はまた、レーザ作動パラメータ、特にレーザガス圧力を制御することにより、Ｆ2レーザの中心線波長をある程度制御することができると判断した。帯域幅もまた、これらのパラメータを制御することによってある程度制御することができる。
この全てのテストデータの要約を以下に列挙する（表Ｉ）。
【００１６】
Ｆ２レーザ中心波長データの要約（表Ｉ）
・絶対波長（Ｄ２基準スペクトル、２００ｋＰａのＨｅバッファ）
強いライン：１５７．６３０９０ｎｍ
弱いライン：１６７．５２４１８ｎｍ
・圧力シフト係数
Ｈｅ：１．８４ｆｍ／ｋＰａ
Ｎｅ：０．８１ｆｍ／ｋＰａ
・ゼロ圧力波長
１５７．６３０５３ｎｍ
・任意のヘリウム／ネオンバッファでの中心波長
λ＝１５７．６３０５３＋１．８４ｘ１０-6ＰHe+０．８１ｘ１０-6ＰNe＜ｎｍ＞
・パラメータの感度
ＨＶ：１ｆｍ／Ｖ、（期待された効果）２０ｆｍ
Ｆ2：−２０ｆｍ／ｋＰａＦ2、（期待された効果）１ｆｍ
温度：−０．６から−１．３ｆｍ／℃、（期待された効果）４〜８ｆｍ
エネルギ：２．２ｆｍ／ｍＪ、（期待された効果）５ｆｍ
【００１７】
これらのテストからの本出願人の結論の要約は、以下の通りである。
１）「ゼロ圧力」波長及び圧力シフト係数の決定は、中心波長の一般的な仕様を可能にする。
２）中心波長は、波長計を必要としないほど十分な精度まで推定することができる。
３）レーザ作動パラメータの通常の変化によるＦ2レーザの中心波長の変動性は、±０．０２ｐｍに限定されるように見える。
【００１８】
注入シード方式Ｆ2レーザシステム
シードレーザ
図２から図１１Ｄまでは、注入シード方式Ｆ2レーザシステムを設計し、作動させるための様々な技術を説明するものである。Ｆ2注入シード方式光源は、面平行光学共振器又は不安定共振器構成を使用する従来のＦ2レーザとすることができる。両方のレーザサブシステムに対するパルス電源は、上述の技術の１つを利用して提供されることが好ましい。それによって、各レーザビームの放電タイミングが確実に適度に同期される。好ましいＦ2実施形態では、シードレーザビームは、シードレーザの下流側で濾過される。シードレーザは、好ましくは、濾過後に１０〜１００μＪの狭帯域エネルギがＦ2電力利得段をシードするのに利用可能であるような十分なエネルギを発生させることになる。不安定共振器は、安定共振器よりも発散性が低く空間的に密着したビームを生成することになり、これは、注入スペクトルフィルタを通してエネルギを結合する際に何らかの利点があるであろう。例えば、フィルタが単純な単色光分光器である場合、低い発散性のビームは、単色光分光器の入力スリットまでより容易に集束することになる。別の設計上の任意選択肢は、比較的低い圧力（≒１００〜２００ｋＰａ）で第１のＦ2光源レーザを作動させることである。これによって、実質的に低減されたスペクトル幅の０．３〜０．６ｐｍを生み出す。スペクトル幅が小さくなるというのは、ポストゲインフィルタに入るエネルギのより多くの部分がフィルタを通過することになることを意味する。第１のＦ2光源からの生の出力エネルギの方が遥かに小さいが、これは、注入フィルタが処理することのできる最大エネルギが同様に限定されるので、実際には欠点にはならないであろう。
【００１９】
好ましい実施形態で第１のＦ2光源として使用される従来のＦ2レーザは、Ｆ2レーザとして作動するように改造された標準的ＫｒＦリソグラフィレーザシステムである。これらのＫｒＦリソグラフィレーザは公知であり、今日では１，０００を超えるこれらのユニットが、集積回路リソグラフィ機械用の光源として集積回路製造工場で稼動している。これらのレーザは、１０００から２０００パルス／秒の範囲の繰返し数でレーザパルスを生成し、米国カリフォルニア州サンディエゴ所在の「Ｃｙｍｅｒ」インコーポレーテッドのような供給業者から入手可能である。これらのリソグラフィレーザは、共に本明細書において引用により組み込まれる、米国特許第５，９９１，３２４号及び米国特許第６，１２８，３２３号のような多くの特許で詳細に説明されている。Ｆ2レーザとしての作動に必要とされる主な改造点は、ガス混合気を約０．１％のフッ素と残りのヘリウムとに変えることであり（ただし、ネオン、又は、ヘリウム及びネオンの組合せを使用することもできる）、好ましくは、放電電圧の上限範囲が、約２６，０００ボルトから約３６，０００ボルトに増加される。第１のＦ2光源と電力利得段とに使用される基本的原型Ｆ2レーザシステムについては、「Ｆ2レーザシステムの設計」という名称の節で以下に説明する。その節では、Ｆ2レーザを製造するための従来技術のＫｒＦレーザシステムに対する重要な改良点について説明する。
【００２０】
プレ電力利得フィルタ
狭帯域レーザビームを生成する１つの技術は、シードレーザビームの出力を増幅器段の中に注入する前にそれを濾過することである。従来技術の回折格子単色光分光器プレ電力利得フィルタについて、図６を参照しながら説明する。このフィルタは、マスタ発振器としての自励Ｆ2レーザと共に使用された時、好ましくは、マスタ発振器からの自励スペクトルの０．１ｐｍ帯域幅部分を薄切りしなければならず、また、それに続く増幅器段によって必要とされる１０〜１００μＪの狭帯域エネルギを生成することができるべきである。マスタ発振器からの光は、最初に、入力スリット５０に集束される。入力スリットを通過する光は、好ましくは曲面鏡５４によって平行化され、この曲面鏡は、単純な球面鏡、又は軸外の放物線面とすることができ、平行化された光は、回折格子５４に向けられる。この回折格子は、１５７ｎｍ波長範囲で光を分散するように選択された高分散型（例えば、エシェル格子）である。この回折格子は、「Ｌｉｔｈｒｏｗ」構成にされる。ビーム経路５４に沿って反射して返される選択された非常に狭い範囲の光は、ビームスプリッタ５６の助けを得て出口スリット５７上で再映像化される。装置の様々な幾何学的かつ光学的パラメータ（即ち、スリット幅、回折格子分散、曲面鏡焦点距離）によって、出口スリットを出る光の帯域幅が決定される。克服しなければならない１つの設計上の問題は、単色光分光器を通して所望の量のエネルギを結合しようとした時に入力及び出口スリットに到達する高いピーク強度である。これらの高い強度を処理する一方法は、屈折スリット、即ち、エネルギを吸収することなく不要な光を別の方向に屈折させる刃形楔を使用することである。このようなスリット装置を図６Ａに示す。
【００２１】
フィルタとしての機能に加え、図６の装置は、出口映像平面に配置された付加的なビームスプリッタ５８及び線形検出器アレー６０を含む。この増設によって、重要な残りの問題、即ち、（同調可能）注入フィルタを所望の波長に維持する方法が解決される。回折格子角度に数十マイクロラジアンを超える誤差がある場合、シードビームは、出口スリットに当たり損ねることになり、それに続く電力増幅器段を固定する狭帯域エネルギがないことになる。この角度の狂いが極めてごく僅かであった場合も、増幅されたスペクトルは所望の波長ではなくなる。幸いにも、単色光分光器は、本質的にそれ自体をモニタすることができる。回折格子及び球面鏡によって形成された映像は、単色光分光器に入った光の分散スペクトルである。第２のビームスプリッタは、２つの同一映像（スペクトル）を１つは出口スリット、１つは線形検出器アレーに生成する。線形検出器アレーは、自励マスタ発振器からの比較的広いスペクトルを感知すると、それをアレー上の各点でのスペクトル強度を表すビデオ信号に変換する。自励波長は、安定で公知であるから、単色光分光器の較正用基準としての役目を果たす。コントローラ６６は、線形検出器アレーから読取りを行い、スペクトル映像の中心をアレー上の所望の点、例えばその中心近くに置くように回折格子角度を調節する。このようにして、単色光分光器は、マスタ発振器の自励スペクトルに対して自己安定化する。出口スリット及び線形アレーは、基本的には二重映像平面であるから、出口スリット位置は、線形アレー上の特定位置、従って波長に対応する。従って、マスタ発振器からの自励スペクトルをスペクトル基準として用い、出口スリットを出る光の波長を正確に判断することができる。
この装置を較正する一方法は、ビームスプリッタ６２を単色光分光器を出るビームの経路内に置き、エネルギ検出器６４でビームエネルギをモニタすることである。このような検出器は、注入シードのエネルギをモニタする必要があるので、いずれにせよ望ましいものである。
【００２２】
較正
較正シーケンスは、以下のように進行すると思われる。（１）開始角度にある回折格子を用いて、レーザが発射され、線形アレー上に落ちるスペクトル映像と共に出口スリットからの出力エネルギがモニタされる。スペクトルのピークが、アレー上のピクセル単位の位置を用いて判断される。（２）回折格子角度を上げて測定を繰り返す。（３）回折格子角度をある範囲を通して走査した後、得られたデータを検査する。出力エネルギが最大になるアレー上のスペクトルの位置（ピクセル単位）は、スリットの同等な位置に対応する。
【００２３】
この較正された位置が判断されると、単色光分光器の公知の分散を利用して、回折格子を他の波長に再同調させることができる。例えば、単色光分光器の分散が０．１ｐｍ／ピクセルと仮定し、更に、出口スリットの較正位置がピクセル３００であると仮定する。出力の所望の波長が１５７．６２９９ｎｍ（１５７,６２９．９ｐｍ）、つまり、自励スペクトルの中心である場合、回折格子角度は、映像の中心がピクセル３００にあるように調節される。所望の波長が中心（１５７．６３０１ｎｍ）から＋０．２ｐｍ離れている場合、映像の中心がピクセル３０２になるように回折格子を動かすことになるであろう。更に別の微調節は、自励スペクトルの中心が圧力に依存することから、単色光分光器の較正及びその後の使用においてマスタ発振器の圧力を含めることである。この圧力依存性は、特にマスタ発振器の圧力が大幅に変動することを許す場合には較正の中に含むべきである。自励レーザの中心波長は、ヘリウムがバッファとして使用された時には約１から２ｆｍ／ｋＰａの範囲の圧力シフト係数を有すると判断された。任意の与えられた圧力に対して、波長の良好な推定値は、従って、１５７．６３０９＋０．０００００１９２*Ｐｎｍであり、ここで、Ｐ＝ｋＰａ単位の圧力である。他のバッファガス（例えばネオン、又は、ヘリウム及びネオンの混合気）が使用される場合には、他の圧力シフト係数を使用することができる。
【００２４】
改造回折格子単色光分光器
狭帯域光を生成する代替方法は、図７に示すような改造回折格子単色光分光器を使用することである。このフィルタは、良好に平行化されて回折をほぼ制限した干渉性ビームを生成するマスタ発振器の出力ビームを濾過し、この場合、単色光分光器の入口スリットが削除される。
マスタ発振器からのビームの発散を小さくするために、また、マスタ発振器からのビームのサイズを回折格子５４と物理的に適合させるためにビームエキスパンダ７０を使用する。回折格子からの分散光は、球面鏡（又は、レンズ）を通して、所望の波長が選択される出口スリット７２に集束される。線形検出器アレー６０及びコントローラ６６の作動は、先に説明したものと同じである。この装置の利点は、入口スリットが不要となり、高いピーク強度に付随する問題が除外されることである。この装置には、マスタ発振器の位置決め安定性が今度はアレー上の映像位置、従って波長選択過程の一因子になるという点で欠点がある。マスタ発振器からの入力角度のゆっくり変動する変化に対しては、コントローラは、回折格子を再同調して波長を一定に保持することができる。
【００２５】
エタロンフィルタ
エタロン７８はまた、図８に示すように帯域通過フィルタとして使用することができる。単色光分光器フィルタの場合と同様に、エタロンは、原子標準として使用されるマスタ発振器の自励スペクトルに対して自己基準化することが望ましい。マスタ発振器からのビームは、最初に、その発散を小さくすると共にエタロン上のパワー密度を小さくするために、ビームエキスパンダ７０で拡大される。拡大後に、ビームは、特別の「部分拡散器」７４、つまり、光の大半を改変することなく透過させる光学要素を通過するが、少ない割合である角度範囲に散乱させる。この例は、低い回折強度、又は非常に軽くかつ細かく研磨されたオプティカルフラットを有する回折光学装置である。その後、光は、ほぼ通常の入射角でエタロンを通過する。エタロンの帯域通過特性は、自由スペクトル範囲（ＦＲＳ）及びフィネスによって判断される。例えば、２ｐｍのＦＳＲ及び２０のフィネスを有するエタロンは、０．１ｐｍＦＷＨＭの帯域通過を有することになる。エタロンは、その後、自励マスタ発振器からのスペクトルの０．１ｐｍスライスを伝達する。単色光分光器の場合と同様に、エタロンに負荷される電力を制限するために、低圧力、従って、低減した帯域幅でマスタ発振器を作動させることが有利である。更に、開始スペクトルが狭いほど、エタロンの隣接する伝達順位においてエネルギ量が低減することになる（中心波長から±１ＦＳＲ）。エタロンを通過した後、レンズ７６（又は、球面鏡）は、絞りが設置されている点に光を集束させる。ビームの一部分は、ビームスプリッタ８０によって分割され、フォトダイオードアレー８２によってモニタされ、このフォトダイオードアレーは、中心波長及び帯域幅信号をコントローラ６６に供給し、このコントローラは、この情報を使用してエタロン７８を制御する。絞りの目的は、ビームの軸線上の非拡散成分以外の全ての光を阻止することである。狭帯域のこの光は、その後、電力増幅器段に転送される。ビームスプリッタ及び光学検出器が絞りの後に置かれ、注入フィルタを出るエネルギをモニタする。
【００２６】
一般に、エタロンの帯域通過の中心波長は、自励マスタ発振器のスペクトルの中心と位置が合わないことになり、エタロンを調節する必要がある。それには、エタロンが中実プレートタイプか又は空隙タイプによって４つの方法が可能である。中実エタロンの場合、エタロンは、入射ビームに対して傾けることができるか、又は、エタロンの温度を変えることができ、これは、プレートの光学的な厚みを実質的に変える。空隙エタロンの場合、その角度を変えることができるか、プレート間隔を変えることができるか（例えば、ＰＺＴアクチュエータにより）、又は、ガスの密度を変えることによってプレート間のガスの屈折率を変えることができる。
【００２７】
好ましい実施形態では、エタロンは、図８に示すような耐圧ハウジング８４内に封入されている空隙タイプである。圧力コントローラを使用して、ハウジング内のガスの圧力を変え（一定の温度で）、それによってエタロンを圧力で調節する。所要の調節量は非常に小さいので（約±０．２から±０．５ｐｍ）、必要とされる圧力変化も小さく、ガスとして窒素を用いた場合約±３から±８ｔｏｒｒである。これは、（密封）ハウジングの容積を変えることにより、又は、適切な供給装置からガスを能動的に導入するか又は抜くことによって達成することができる。エタロンは圧力で調節されるので、帯域通過波長が自励マスタ発振器からのスペクトルを通して走査する時に、出力強度が交互に増加及び消滅することになる。
【００２８】
エタロンの調節に対する制御は、エタロンを独自のエタロン分光計に変える付加的な光学要素を含むことによって達成される。付加的なビームスプリッタが出口絞りの前に設置され、レンズの第２焦点平面を形成する。この焦点平面においては（第１の場合と同様に）、強度分布は、焦点中心での強いスポット、及び遥かに弱い従来のエタロン・リング・パターンから成る。強いスポットは、エタロンを通過するビームの非拡散部分によって形成され、エタロン・リング・パターンは、ビームの拡散部分によって形成される。強い中心スポットは、ここでは使用されず、ビームストップ８１により阻止される。その後、エタロン・リング・パターンを読み取るために、焦点平面内に線形検出器アレー８２が置かれる。この構成は、リソグラフィレーザで使用される現在の波長計デザインと非常に似通っている。任意の光学的構成に対して、エタロンリングの直径とエタロン帯域通過の中心波長との間に直接的な関係がある。
【００２９】
この装置の較正は、単色光分光器フィルタについて先に説明した手順と類似の方法で行われる。較正シーケンスは、以下のように進むと考えられる。（１）開始波長に圧力調節したエタロンを用いて、レーザを発射し、線形アレー上に落ちるエタロン・リング・パターンと共に、出口絞りからの出力エネルギを測定する。最も内側の完全に形成されたリングの直径を判断する。（２）圧力コントローラによってエタロン内の圧力が増分された後に測定を繰り返す。（３）１つの自由スペクトル範囲を通してエタロンを圧力調節した後に、得られたデータを検査する。出力エネルギが最大になる最も内側のリングの直径は、圧力依存のマスタ発振器からの自励スペクトルのピークにエタロンの帯域通過が正確に同調された状態に対応する。
【００３０】
この較正された直径が判断された状態で、直径を維持するようにエタロン内の圧力を変えることにより、エタロン帯域通過フィルタの波長を安定させることができる。更に別の微調節として、リソグラフィ波長計で使用されるのと同じ非線形エタロン方程式を使用することにより、エタロン・リング・パターンを直接に「波長」に変換することができる。これによって、帯域通過関数をマスタ発振器スペクトルのピークから既知量だけ離調させることができる。更に別の微調節は、上述の通り、マスタ発振器の圧力をエタロンの較正及びその後の使用に含めることである。
【００３１】
同調
通常は、レーザシステムの作動に選択される狭いスペクトル帯域（約０．１ｐｍ又はそれ以下）は、最大出力パルスエネルギで所望の帯域幅仕様を満足する狭帯域になる。しかし、限定された量の波長の同調は、上述のプレ利得フィルタで可能である。本出願人は、少なくとも約１．２ｐｍの同調範囲をかなり容易に達成することができると予想する。出力パルスエネルギと何らかの相当な妥協をすると、追加の同調が実行可能である。同調範囲は、先に示したようにレーザガス圧力の関数である。従って、レーザ内の圧力を調節することにより、より長い全体範囲を達成することができる。
【００３２】
電力利得段
図９及び図１０を参照しながら２つの好ましい電力利得段を説明することができる。
電力発振器
電力利得段は、図９に示すように、電力発振器として構成することができる。電力発振器の設計には、目標とする出力によって、多くの異なる共振器を使用することができる。好ましい実施形態では、共振器は、全てを図９に示すように、２つの分割被覆ミラーにより形成された軸外ハイブリッド不安定共振器である。
【００３３】
注入シードビーム９０は、不安定共振器９２の上部に沿って中心軸線に位置合わせされ、最初に、５０％部分反射器９３Ａを通って進む。後部共振光学装置９４は、ゼロ電力メニスカスタイプであり、注入されたビームの平行化を妨害するものではない。注入ビームは、共振器の「フレネル」コアを満たし、空洞間フィールドに亘る制御が確立される（この場合の「フレネル」コアは、５０％Ｒミラー９３Ａと１００％Ｒミラー９４Ａとの間に形成される容積である）。ビームは、増幅と共に前部光学装置まで伝播した後、１００％反射凸面表面から反射される。ビームは拡大し、後部光学装置まで進むにつれて増幅され、そこで、一部分が１００％反射凹面表面９３Ｂから反射し、一部分が表面９３Ａから反射する。これによりビームが再平行化され、３回目の利得を通過により更に増幅される。出力カプラの下部９４Ｂは、反射防止被覆されており、ビームは最小の損失で出ることができる。後部光学装置の場合と同様に、前部光学装置は、出力ビームの平行化を保存するためにゼロ電力メニスカスタイプである。この種類の共振器は、５０％及び１００％反射面が共振器の「フレネル」コア内へのフィードバックをもたらすので電力発振器を形成する。この種類の共振器の利点は、（１）ビーム内に中心の暗い部分又は穴がなく、（２）電力発振器をシードに固定するのにシードエネルギをほんの僅かしか必要としないということである。
【００３４】
電力増幅器
電力増幅器の形の電力利得段を図１０に示す。この場合、共振器は、５０％反射面９３Ａを反射防止面に変えることによりフィードバックが排除されている点を除き、図９似示すものと類似のものである。この構成により、軸外マルチパス電力増幅器が得られる。
Ｆ2レーザシステムの設計
第１のＦ2光源、及び電力利得段の両方に対して利得媒体としての役目を果たすように、本出願人及びその同僚は、幾つかの原型Ｆ2レーザシステムを製造して試験した。
これらのシステムは、主として、高効率チャンバ及び半導体パルス電力励起を利用して、従来技術によるエキシマレーザシステムに対する幾つかの重要な改良点を組み込んだＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザの現在の製造に基づくものである。放電は、ガス汚染を最小限に抑えるためにコロナプレイオン化される。光ビーム経路全体は、酸素による光の吸収を回避するために、また、光学構成要素の損傷を回避するために窒素パージされる。全ての共振光学装置は、傾斜チャンバ窓を装備したレーザチャンバの外部に置かれた。ガス混合気は、４気圧のヘリウムにおける０．１％のフッ素であり、電極隙間は、１０ｍｍに減らされた。
【００３５】
これらの原型ユニットでは、第１のＦ2光源及び電力利得段の両方については、改造パルス電力システムを使用しており、そのシステムの回路図を図１１、及び図２及び図３に示す。これらの実施形態に対するパルス電力システムと、従来技術のＫｒＦレーザに対する対応するシステムとの大きな相違は、Ｆ2レーザに対してより高い出力電圧を供給し、上述したように、変圧器上流側の回路の一部分が単一回路であり、変圧器の下流側の一部分が分割回路であるパルス変圧器５６である。このパルス変圧器では、二次巻線として機能する単一四分割ステンレス鋼ロッド（上述で参照した米国特許第６，１２８，３２３号で説明されている）に代わって、図１１Ａ、１１Ｂ、及び図１１Ｃに示すように、全てが直接接続されて互いに絶縁されている内側円筒形ロッド及び２つの同軸管から成る変圧器二次導体が使用されている。二次導体は、３０２で示すようなバスバーと３０４に示すようなＨＶケーブルとで接続された２つの同軸アセンブリ（その断面を図１１Ｂ及び図１１Ｃに図示）から成る。図１１Ｄは、図１１Ｂ及び１１Ｃと同じ断面と、「Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）」の層３０６及び一次巻線を形成するスプールのシリンダ部分３０８回りに巻かれたマイラーフィルムもまた示す。また、図１１Ｄでは、パルス変圧器の二次部分を形成する中心ワイヤ３１０、及び、中空円筒形導体３１２及び３１４が示されている。「Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）」層及びマイラー層は、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃでは図示していない。約１，０００ボルトの電圧ピークを有する電流パルス（３１６に示すように）により、図１１Ａの３１８に示すように約３６，０００ボルトのパルスが二次ＨＶ端子で生成されることになる。すなわち、２つのレーザに電力を供給する２つのパルス変圧器部分の各々は、１２個のインダクションユニット（図３ＨＢに示す２３ではなく）で構成される。しかし、１２個のインダクションユニットを通過する３つの二次導体は、３６の電圧増幅を生み出す。
【００３６】
一次シリンダと３つの同軸二次導体との間の結合は、図８Ｅを参照しながら説明するように、「Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）」及びマイラー層の巻き付けによりもたらされる。この実施形態では、追加の圧縮段（１つの付加的なコンデンサバンクＣp-1）が設けられている。この実施形態におけるコンデンサバンクは、以下の値を有する。
Ｃ0＝約１２．１μＦ
Ｃ1＝約１２．４μＦ
Ｃp-2＝約８．８２ｎＦ
Ｃp-1＝約８．４ｎＦ
Ｃp＝約１０ｎＦ
【００３７】
この原型実施形態における改造パルス電力システムは、約８０ｎｓの出力立ち上げ時間をピークコンデンサバンク内に生成する。パルス変圧器のステップアップ比は、３６Ｘ（先に詳細に説明した実施形態の２４Ｘに対して）である。これにより、レーザは、改造なしのパルス変圧器と比較すると、相当に高い電圧で作動することができ、相応にＦ2濃度が低い。本出願人は、作動時の電圧が高いほど放電の安定性が向上し、繰返し数を高くすることができると判断した。先に説明したように、この実施形態では、別々の変圧器が設置され、その各々は、図３Ｂに示すように共通の電源から一次電流により電力が供給されるが、変圧器の各々は、図３Ｂに示すような２４Ｘではなく３６Ｘステップアップをもたらすように、図１１Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに示すように構成される。
【００３８】
ポスト出力フィルタ
先に示したように、本発明の好ましい実施形態の電力利得段の出力は、ライン中心が公称波長回りの約±０．５ｐｍのスペクトル範囲を覆う公称Ｆ2１５７．６３ｎｍライン内にある約０．１ｐｍ又はそれ以下の紫外線帯域幅を有することになる。以下の節で示すように、他のスペクトル範囲、特にヘリウムが使用された時の赤色光及び赤外線光の少量の光エネルギがＦ2レーザ内で生成される。この赤色光が問題になった場合、１５７ｎｍＵＶ光を透過して赤色光を吸収又は反射する（レーザ内には戻らない）ように設計された公知の光学フィルタで容易に排除することができる。また、ＵＶ範囲の出力ビームを更にラインナローイングするために、上述の種類のうちの１つのポスト出力フィルタを増設することができるであろう。しかし、ポスト出力フィルタとして使用された時、フィルタの構成要素は、遥かに高いエネルギビームを処理するように設計する必要がある。
【００３９】
パルスタイミング
本発明の好ましい実施形態は、所望の出力パルスレーザビームを生成するために２つのレーザシステムの放電タイミングを制御するように構成されたパルス電力システムを利用する。これらの実施形態は、米国特許第５，１４２，１６６号で説明されている部分巻回パルス変圧器と類似の部分巻回パルス変圧器設計を利用する。これらの実施形態では、パルス電力回路の２つのレーザシステムに対する部分は、パルス変圧器システムの下流側で別々のものであり、パルス電力回路のパルス変圧器システムの上流側の部分は、両方のレーザシステムに対して共通である。
【００４０】
図３は、好ましいパルス電力システムの主な要素の電気的概要を示す。パルス変圧器システムの上流側のシステムの部分は、米国特許第６，１５１，３４６号で説明されている（本明細書において引用により組み込まれる）図１１に示す回路と非常に似通っている。単一コンデンサバンクが、充電Ｃ0コンデンサバンク４２を形成する。電気パルスは、並列に取り付けられた２つの「ＩＧＢＴ」スイッチから成るスイッチＳ1４６を閉じることにより発生する。Ｌ0インダクタ４８は、スイッチが劣化することなく閉じてＣ1コンデンサバンク５２を充電することができるように、Ｓ1を通る電流の流れを遠ざける。Ｌ1飽和可能インダクタは、コンデンサＬ1が飽和するまで、パルス変圧器システム５６を通る相当の電流の流れを遠ざけ、それが飽和した時点で、部分巻回パルス変圧器システム５６の一次巻回は、短い約０．５マイクロ秒の１０００ボルトパルスでパルスを加えられる。この実施形態において、変圧器システム５６は、この場合は実質的に同一である２つの別々の変圧器ユニット５６Ａ及び５６Ｂで構成される。
【００４１】
パルス変圧器ユニット５６の各々は、米国特許第６，１５１，３４６号で説明されているパルス変圧器と類似のものである。本実施形態のパルス変圧器ユニットは、二次巻線に単一巻回のみと、２３個のインダクションユニットとを有する。変圧器は、図３Ｂに示すように、１：２４のステップアップ比が得られるように自動変圧器として構成される。２３個のインダクションユニットの各々は、図３Ａの下縁に沿って示すように、プリント回路基板５６Ｂ上の正端子及び負端子にボルト留めされる２つのフランジ（各々がねじ付きボルト穴を備えた平坦縁部を有する）を有するアルミニウム製スプール５６Ａを含む。（負端子は、２３個の一次巻線の高電圧端子である。）絶縁体５６Ｃは、各スプールの正端子を隣接スプールの負端子から分離させる。スプールのフランジ間には、外径０．８７５、壁厚約１／３２インチで長さ１と１／１６インチの中空シリンダがある。スプールは、絶縁された「Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）」ラッピングの外径が２．２４インチになるまで、１インチ幅で０．７ミル厚の「Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５  Ｓ３Ａ」、及び、０．１ミル厚のマイラーフィルムでラップされている。１つの一次巻線を形成する単一のラップされたスプールの斜視図が、米国特許第６，１５１，３４６号の図５に示されている。
【００４２】
各変圧器の二次側は、「Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）」（ＰＴＦＥ）のきつく嵌る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。変圧器ユニットは、図３Ａに示すように４つの部分になっている。図３Ａに５６Ｄとして示すステンレス鋼二次側の低電圧端部は、５６Ｅでプリント回路基板５６Ｂ上の一次側ＨＶリード線に結合され、高電圧端子は、５６Ｆに示されている。その結果、変圧器は、自動変圧器構成を有し、ステップアップ比は、１：２３ではなく１：２４になる。すなわち、インダクションユニットの正及び負端子間の約−１４００ボルトのパルスにより、二次側の端子５６Ｆで約−３５，０００ボルトのパルスが生成されることになる。１０００ボルトの一次パルスにより、両方の変圧器の二次側に約２４，０００ボルトのパルスが生成される。この単一巻回二次巻線設計により、極めて高速の出力立ち上がり時間を可能にする非常に低い漏れインダクタンスが得られる。
【００４３】
パルス変圧器システムの一般的な構成を図３Ｂに示す。この図で示すように、パルス電力システムの上流側部分により生成された約１０００ボルトの一次高電圧パルスは、全く同時に各パルス変圧器に到達し、変圧器の各々の対応する出力パルスは、従って、形状及び時間が実質的に同一であることになる。本出願人は、２つの変圧器の出力におけるジターは、１ナノ秒よりも短いことになると推定する。
【００４４】
図３に示すように、この実施形態において、パルス電力回路のパルス変圧器の下流側の部分は別々であるが実質的に等しく、そのために電極８３及び８４とＡ及びＢとにおけるジターは、３ｎｓよりも短いと推定される。従って、両方のレーザにおける利得媒体は、約３ｎｓよりも短い変動があるが同時に生成される。各パルスの持続時間は、第１レーザにおいて生成されたレーザパルスが第２レーザにおいて適正に増幅されるように、約２０から５０ｎｓである。回路には、全ての飽和可能インダクタにバイアスを掛けることによりそれらが各パルスの前に逆方向に導電するように、バイアス回路を設けることが好ましい。バイアス回路は、米国特許第５，７２９，５６２号で詳細に説明されているように、パルス直後の短い時間の間は飽和可能インダクタが順方向導電のままであり、それによって電極から反射したパルスエネルギを回復することができるように設計される。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態では、第１レーザの出力カプラは、第２レーザの入力窓の約１フィート下流側に位置する。従って、この理由又は他の理由から、第１レーザと比較して第２レーザの放電を遅延させることが望ましいであろう。これは、電気パルスが約１ｎｓ／２０ｃｍの割合で良導体を通って進むので、第２レーザのパルスを運ぶ導体を第１レーザの対応する導体よりも長くする（例えば、２０から４０ｃｍだけ）ことにより容易に達成することができる。
【００４６】
調節可能な遅延
一方のレーザの放電のタイミングを他方のレーザに対して制御する別の手法は、図３に示す回路において、図３Ｃに示す位置６３のような変圧器５６の下流のブランチの１つに飽和可能インダクタを挿入することである。この飽和可能インダクタには、調節可能な順方向バイアスが装着されている。付加される順方向バイアスは、インダクタの順方向の飽和を完了させる時間がほぼ所望の遅延時間と等しくなるように選択される。この遅延時間は、飽和可能インダクタにおける巻回数、その磁心の断面積、及びインダクタの磁束振れΔＢの関数である。所要の遅延は非常に小さいことから、巻回数は、１巻回とすることができ、磁心は小さい（２インチ直径など）とすることができ、磁束振れΔＢもまた、図３Ｃ２に示すように小さいとすることができる。バイアスを調節することにより、相対遅延を調節することができる。遅延制御は、ジターを制御するためにフィードバックループ設計に組み込むことができるであろう。発振器／増幅器構成に必要とされる予想される遅延は小さいので（ｎｓ又は数１０ｎｓ程度）、遅延反応器は小型化することができる。更に、ここでもまた、ボルト・秒の要件がおそらくパルス電力圧縮回路において必要とされるよりも遥かに小さいので、コア材料は、回路で導入される損失を最小限に抑えるように選択することができる。調節可能な遅延を準備する別の技術を図３Ｄに示す。この場合、パルスをレーザの１つに搬送する導体１０１は、単一ループコイル１０２に配置され、高い透磁率を有するロッド１０３は、コイルから出入り可能に配置される。このロッドは、ステッパモータ又は圧電ドライバのような高速駆動装置と共に配置することができる。
【００４７】
調節可能な遅延をもたらす更に別の方法を図３Ｅに示す。この技術では、パルス電流供給装置８６が、インダクタＬ4に対する二次パルス電流を供給するのに使用される。この電流供給装置８６は、トリガ回路８６によりトリガされ、このトリガ回路は、同じくスイッチを閉じる。電流パルスＩSは、スイッチＳが閉じるとほぼ同時に開始され、主圧縮電流パルスがコンデンサＣ4及びＣ4’に伝播した後、時間ｔdだけ続く。ｔdは、約１０ｕｓとすることができる。二次パルス電流は、インダクタＬ4の飽和をもたらす役目を果たす。この電流を変えることにより、インダクタＬ4のＢＨ曲線上の飽和点を変えることができ、遅延も同様に変更される。増幅された回路の対応するインダクタＬ4には、調節不能バイアス電流Ｌbiasによりバイアスが加えられる。インダクタＬ4及びＬ4’に対する２つのパルス電流供給装置を準備するなどのこの技術の他の実施形態も可能である。
【００４８】
他のパルス変圧器構成
図３Ｂに示すパルス変圧器構成の多くの変形が可能である。２つのレーザシステムに対する好ましい出力電圧は同じでない場合がある。異なる電圧が必要とされる場合、変圧器の一方に対するインダクションユニット数を他方に対して増減することにより、これを容易に達成することができる。また、いくつかのインダクションユニットを削除するために変圧器の一方にスイッチを含めることができ、その変圧器の放電電圧出力を他方の変圧器に対して小さくすることができるであろう。低減されたレベルで二次電圧を取り去るために、いずれかの変圧器の４つの変圧器部分の任意の部分の間にタップを設けることができる。
【００４９】
中心線波長の制御
本出願人は、上述の通り、Ｆ2レーザシステムの中心線波長制御の技術を探るために広範囲な試験を行った。本出願人は、シードビームが２０μＪから５０μＪ又はそれ以上の範囲であるマスタ発振器／電力増幅器構成では、シードビームの中心波長及び帯域幅が、ほぼ正確に出力ビームの中心波長及び帯域幅を決めると判断した。本出願人はまた、中心波長及び帯域幅に及ぼすレーザガス圧力、バッファガス混合、Ｆ2分圧、レーザガス温度、放電電圧、及びパルスエネルギの影響を正確に測定した。次に、本出願人は、これらの結果を用いて、上述のパラメータのうちの１つ又はそれ以上を変えることにより中心波長を制御した。中心線波長を作るために必要なパラメータ変化の程度は、上述の表Ｉで示した圧力シフト係数により示される。
本出願人は、中心線波長を制御するには全レーザガス圧力の方が使いやすいパラメータになると考えるが、他のパラメータを使用することもでき、１つよりも多いパラメータの組合せを使用することもできるであろう。
【００５０】
弁別を用いるライン選択
図１３から図１７は、１５７．６３ｎｍラインが選択され、１５７．５２ｎｍラインが能動的に弁別される本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態を示す。シードレーザ１００は、低減された帯域幅に対する低圧マスタ発振器として構成され、第２のレーザ１０２は、効率的な高圧作動式電力増幅器として構成される。シードレーザ１００は、レーザチャンバ１０１と部分反射ミラー１０４及び１０６とで構成された共振空洞を使用し、共振空洞の両端でのレーザ放射の抽出を可能にする。両端のプリズム１０８及び１１０は、Ｆ2レーザの２つの優勢なレーザラインを角分散させる。これらのプリズムの調節は、例えば、ミラー１１４を通じて電力増幅器１０２の一端で所望の強いレーザラインを注入し、部分ミラー１１６を通じて他端で不要なレーザラインを注入するものである。ビームストップ１１８は、シードレーザの弱いライン放射が電力増幅器１０２の入口に入るのを防ぐ。同様のビームストップ１２０は、シードレーザの強いライン放射が電力増幅器にその出力側から入るのを防ぐ。この設計を用いて、強いレーザライン上のシードレーザからの低帯域幅光は、電力増幅器１０２で効率的に増幅されることになる。弱いライン上の不要な「ＡＳＥ」出力を低減するために、能動的な利得抽出が、他方の側からシードレーザの対応する出力によってもたらされる。弱いライン放射は、電力増幅器内で増幅され、弱いラインのスペクトル領域の潜在的利得を実質的に低減し、これは、次に、出力ビーム１２４のこのスペクトル領域の「ＡＳＥ」を低減する。不要な光が増幅された放射は、最終的にプリズム１１０を通過し、そこで、分散によってシードレーザの光軸からの分離が可能になる。この波長上のエネルギは、ビームストップ１２２で散逸される。明らかに、両方のプラズの分散は、対応するビームストップを用いる十分な弁別を保証するのに十分な大きさであるべきである。これは、角分離が両端上のシードレーザビームの固有の発散よりも大きいことを必要とする。ＣａＦ2材料の単一プリズムは、これらの真空紫外線波長では透明であるが、両方のレーザライン間で約０．５ｍｒａｄの角分散を達成し、同時に妥当な透過効率を維持することができる。電力増幅器１０２内の利得は非常に大きいことから、シードレーザ１００は、発散を制限する絞りを用いて、従って効率を落として作動させることができる。別の方法は、単一又は二重軸不安定共振器デザインを有するマスタ発振器デザインであり、これは、０．５ｍｒａｄよりも小さい発散を容易に達成することが知られている。特定の実施に好ましい場合には、分散を大きくするためにマスタ発振器の両端の単一プリズムの代わりに多重プリズムを使用することができるであろう。
【００５１】
図１４は、回折格子に基づく異なるデザインである。シードレーザ１２６は、ここでもまた、高反射ミラー１２８及び部分反射器１３０を含む共振空洞を有するマスタ発振器として構成される。両方の波長を含むシードレーザ出力は、両方の波長を分散させるのに使用される回折格子１３２の方に向けられる。不要な波長は、スリット１３４を用いてはっきりと分離され、回転ミラー１３８及び１４０を通じて電力増幅器１３６の利得発生器の前部の中に注入され、回転ミラー１４０は、電力増幅器の処理量の光学的損失が最小限に抑えられるように、「ブルースター」角度を有するコーティングのないＣａＦ2基板であることが好ましい。シードレーザ放射は偏光されていないか、又は単に弱く偏光されているので、ブルースター角度を通じた結合は可能である。不要な波長の増幅された光は、ミラー１４２を通じて後方に伝播して回折格子１３２に至り、そこで、分散によってビームストップ１４４の中に入るように方向付けられる。スリット１４６で選択された所望の波長は、回転ミラー１４２を通じて電力増幅器の入口の中へ方向付けられる。この特定デザインの利点は、回折格子の分散の増加であり、２つの波長の分離を相当に容易にする。
【００５２】
図１５は、偏光に依存する光学的遅れ／偏光回転を使用する実施形態を示す。この実施形態においては、偏光器１５０及び１５２と部分ミラー１５４及び１５６とがシードレーザ１５８を形成する。偏光器の１つは、発生器レーザチャンバ１０１において、中庸な利得という状況の下では、すなわち、低い作動圧力では省略されてもよいであろう。所望の波長の偏光をそのままに維持しながら不要な波長の偏光を９０度回転させるために、位相リターダ１６０が使用される。それに続く偏光器１６２は、垂直方向の偏光を有するので不要な波長の伝達を拒絶する。ＭｇＦ2のような複屈折材料及び偏光器で作られるこのような光学的遅れに基づくシステムは、リオフィルタと呼ばれ、比較的大きなビーム発散を使用して、多年に亘って波長分離用途、すなわち、天文学的調査に使用されている。所望の波長を有する残りの光は、回転ミラー１６４及び偏光ビームスプリッタ１６６を通じて電力増幅器チャンバ１０３の入口に送られる。シードレーザの反対端では、同様の装置によって弱いラインが出力から分離される。位相リターダ１６８及び偏光器１７０は、ミラー１７２と部分ミラー／ビームスプリッタ１７４とを通じて電力増幅器１７６のチャンバ１０３の前端の中に通すことになる弱いラインを選択する。波長選択における差異は、偏光器１７０の９０度の回転によって達成される。この理由から、電力増幅器において後方に伝播する不要な波長の増幅された光は、順方向に伝播する所望の波長に対して垂直方向の偏光を有する。この特徴は、偏光ビームスプリッタ１６６及びビームストップ１７８をそれぞれ使用して、後方に伝播するエネルギを分離及び消散させるために用いられる。このデザインで有利なのは、偏光した入力放射の結果である電力増幅器出力の固有の偏光である。
【００５３】
図１６は、シードレーザと電力増幅器１８２との間に片側位相リターダ／リオフィルタのみを使用する簡素化されたスキームである。シードレーザは、レーザチャンバ１０１、ミラー１８４、偏光器１８６、及び部分ミラー１８８から成る。偏光された光は、位相リターダ１９０に当てられ、この位相リターダは、２つの波長をそれらの偏光に関して分離する。所望のレーザラインの偏光はそのままに維持されるが、不要なものは９０度回転される。両方のレーザラインは、回転ミラー１９２及び１９４を通じて電力発振器１８２のレーザチャンバ１０３の入口の中に向けられるが、これらの回転ミラーは、縦方向の延長が２つの利得発生器段の整列を可能にする場合は必要とされない。出力での偏光ビームスプリッタ１９６は、その９０度回転した偏光によって弱いラインを弁別し、ビームストップ１９８の中にそれを方向付ける。所望の波長は、実際的には損失なく偏光ビームスプリッタ１９６を通る。
【００５４】
帯域幅を更に低減してシステム出力放射をスペクトル的に純化するために、シードレーザ部分の共振器ミラーの一方又は両方をエタロンで置換してもよいであろう。一般的な考えは、先に説明した例１、２、及び３と非常に似通っている。電力増幅器の利得は、完全に均一には広げられないので、電力増幅器の利得発生器の前部の中に相応のスペクトルを注入することにより、放射されたスペクトルの一部を抑制することができる。
【００５５】
図１７は、シードレーザ１００の一端にエタロン２００を使用する点を除き、図１のスキームと非常に似通ったスキームを示す。エタロン伝達最小量は、例えば、このスペクトル内容の電力増幅器の利得発生器１０３の前部の中への伝播を低減するために目標とする波長範囲に調節される。同時に、不要なスペクトル内容の伝達は、自由スペクトル範囲の適切な選択（エタロン間隔）によって最大限にすることができる。この不要なスペクトル内容は、電力増幅器の前部の中に向けられる。エタロンの特定の調節はまた、電力増幅器入口に向かうシードレーザ共振器内の目標とする波長の反射を最大限にすると同時に、この方向に伝播する不要なスペクトル内容の量を最小限にする。
【００５６】
第２のシードレーザミラー１０４も同様にエタロン２０２で置換されるスキームを用いて、図１７に示した方法からの更なる改良を達成することができる。しかし、このエタロンは、第１のエタロンに対して、その自由スペクトル範囲の適切な選択により補完的に同調されることになる。この構成では、２つの選択的な要素がここで関与するので、システム内の所望及び不要なスペクトル内容の伝播の選択性／弁別性が改良されている。
【００５７】
一般的に、様々な類似の光学的スキームが可能であり、その全ては、不要なスペクトル内容を電力増幅器の前部の中に供給し、従って、対応するスペクトル範囲における順方向／出力方向の光学利得及び付随する「ＡＳＥ」を枯渇させる。目標とするスペクトルは、一般的に、効率的な増幅が行われるように電力増幅器入口で準備される。
これらのデザインを用いて、以下の幾つかの利点が達成される。
１．狭帯域出力
２．高スペクトル純度
３．弱いラインを抑制するのに必要なポストフィルタリングがないことによる高い効率性
【００５８】
理想的には、この構成は対称にされ、すなわち、電力増幅器に入るシードレーザからの光の伝播時間（距離と等価）は、適切な光学的レイアウトによって同じにされる。このようにして、電力増幅器の利得媒体は、異なる方向からではあるが、両方のレーザラインと同時に相互作用することになり、それによって波長の弁別を最大にする。しかし、時間的な利得プロフィールは、幅が少なくとも数ナノメートルであり、これは１メートルの範囲の距離の差に相当するので、対称性からのかなり大きなずれさえも許される。
【００５９】
実際に、電力増幅器の出力側で光注入を僅かに前方に進め、同じ方法で赤色／赤外線出力放射を低減してもよいであろう。また、これらのレーザ移行に対する利得は非常に高く（超放射発光）、これは、それ自体、利得を飽和させるのに非常に少量の入力強度しか必要とせず、迷光レベルからの入力強度でもよいほどである。これらのラインに対する時間的利得及び放射は、真空紫外線利得／レーザパルスよりも約１０〜２０ｎｓ早く起こり、これは、より早く前部からラインを注入することを示唆している。
本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本発明は、特許請求の範囲及びその法律上の均等物により範囲が定められることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来技術の市販エキシマリソグラフィレーザの図である。
【図１Ａ】集積回路リソグラフィに使用される従来技術の市販エキシマレーザのいくつかの主要要素を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１のレーザのレーザチャンバの図である。
【図２】本発明の特徴を示すブロック図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態の特徴を示す電気回路図である。
【図３Ａ】パルス変圧器の図である。
【図３Ｂ】図３Ａの特徴を示す図である。
【図３Ｃ】調節可能な遅延を提供する、図３の回路の変更を示す図である。
【図３Ｃ１】Ｂ−Ｈ曲線を示す図である。
【図３Ｄ】代替のフィルタ調節技術を示す図である。
【図４】Ｆ2レーザシステムのブロック図である。
【図５】Ｆ2レーザシステムのブロック図である。
【図６】第１の回折格子単色光分光器の特徴を示す図である。
【図６Ａ】第１の回折格子単色光分光器の特徴を示す図である。
【図７】第２の回折格子単色光分光器の特徴を示す図である。
【図８】エタロンフィルタの特徴を示す図である。
【図９】電力利得段の図である。
【図１０】電力利得段の図である。
【図１１】パルス電力システムの特徴を示す図である。
【図１１Ａ】パルス電力システムの特徴を示す図である。
【図１１Ｂ】パルス電力システムの特徴を示す図である。
【図１１Ｃ】パルス電力システムの特徴を示す図である。
【図１２】フィードバック制御システムにおけるパルスエネルギ検出器を示す図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１００  シードレーザ
１０２  第２のレーザサブシステム
１２４  出力ビーム
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ１】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004531068.tif 000077
2004531068.tif 000078
2004531068.tif 000079