(57)【要約】【課題】格子ベースの線尖鋭化ユニットを有する高電力ガス放電レーザを提供する。【解決手段】高エネルギレーザビームを生成するレーザを線尖鋭化するための格子ベースの線尖鋭化装置。格子とハウジング構造体との間の示差熱膨張によって引き起こされる格子上の応力を実質的に排除する曲格子マウントが設けられる。厚い超低膨張ガラス基板上の非常に薄いアルミニウム表面から成る格子が、曲格子マウントを使用してアルミニウムハウジング構造体に取り付けられる。また、基板の熱膨張及び収縮を可能にする少なくとも１つの曲継手が、格子マウントに設けられる。いくつかの実施形態においては、マウントは金属板を含み、曲継手は、金属板内に機械加工された、４つの脚部（１２６）を有するエイチフレックス継手（１２４）である。別の実施形態においては、２つのエイチフレックス継手が設けられる。他の実施形態においては、曲継手は、マウントの一端を他端に対して摺動させる蟻継手である。【選択図】図１２Ａ
2004531908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギレーザビームを生成するレーザを線尖鋭化するための格子型線尖鋭化装置であって、
（Ａ）剛性を有する格子基板上に固定された１つ又は複数の溝付き表面層を有して長手方向を形成する格子と、
（Ｂ）少なくとも該格子を収納するチャンバと、
（Ｃ）該チャンバをパージするためのパージガスを供給するパージ手段と、
（Ｄ）レーザからのビームを拡張して拡張ビームを生成するためのビーム拡張手段と、
（Ｅ）該拡張ビームから所望の範囲の波長を選択するために、該拡張ビームを前記格子面上に向けるための同調手段と、
（Ｆ）（１）前記チャンバに安定的に取り付けられ、前記格子がこの部分のみに安定的に取り付けられた第１の部分及び前記チャンバに安定的に取り付けられた第２の部分、及び
（２）該第２の部分を該第１の部分に対して前記長手方向に比較的容易に動かすために、該第１の部分を該第２の部分に接続する曲継手、
を含む曲格子マウントと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記曲継手は、エイチフレックス継手であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記曲継手は、蟻形滑り継手であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記マウントは、前記剛性を有する格子基板と良く符合する熱膨張係数を有する材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
熱除去手段が、パージガスを前記格子面を横切るように誘導するための複数の小さなポートを有するパージガスマニホルドを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記熱除去手段は、前記格子面を横切るパージガス流を制御するための格子パージガス流制御手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記パージガス流制御手段は、前記格子面を横切り、その後該格子面から離れる流路を形成する構造を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項８】
高エネルギレーザビームを生成するレーザを線尖鋭化するための格子ベースの線尖鋭化装置であって、
（Ａ）剛性を有する格子基板上に固定された１つ又は複数の溝付き表面層を有して長手方向を形成する格子と、
（Ｂ）少なくとも該格子を収納するチャンバと、
（Ｃ）該チャンバをパージするためのパージガスを供給するパージ手段と、
（Ｄ）レーザからのビームを拡張して拡張ビームを生成するためのビーム拡張手段と、
（Ｅ）該拡張ビームから所望の範囲の波長を選択するために、該拡張ビームを前記格子面上に向けるための同調手段と、
（Ｆ）（１）前記剛性を有する格子基板に安定的に取り付けられ、前記チャンバがこの部分のみに安定的に取り付けられた第１の部分及び前記剛性を有する格子基板に安定的に取り付けられた第２の部分、及び
（２）該第２の部分を該第１の部分に対して前記長手方向に比較的容易に動かすために、該第１の部分を該第２の部分に接続する曲継手、
を含む曲格子マウントと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記曲継手は、エイチフレックス継手であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記曲継手は、蟻形滑り継手であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記マウントは、前記剛性を有する格子基板と良く符合する熱膨張係数を有する材料から成ることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記溝付き表面層に隣接する高温パージガス層から熱を除去するための熱除去手段を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記熱除去手段は、パージガスを前記格子面を横切るように誘導するための複数の小さなポートを有するパージガスマニホルドを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記熱除去手段は、前記格子面を横切るパージガス流を制御するための格子パージガス流制御手段を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記パージガス流制御手段は、前記格子面を横切り、その後該格子面から離れる流路を形成する構造を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記マウントは、第２の曲継手を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記マウントは、第２の曲継手を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザに関し、更に詳しくは、格子ベースの線尖鋭化ユニットを有する高電力ガス放電レーザに関する。本発明は、現在は米国特許番号６，２１２，２１７Ｂ１である１９９９年９月３日出願の米国特許出願一連番号第０９／３９０，５７９号の一部継続出願であった１９９９年１１月３０日出願の米国特許出願一連番号第０９／４５１，４０７号に対する優先権を請求する。
【背景技術】
【０００２】
狭帯域ガス放電レーザ
集積回路リソグラフィ用光源として使用されるガス放電紫外線レーザは、一般的に線尖鋭化される。好ましい従来の線尖鋭化技術は、出力カプラと共に格子ベースの線尖鋭化ユニットを使用してレーザ共振空洞を形成することである。この空洞内の利得媒体は、クリプトン、フッ素、及びネオン（ＫｒＦレーザ用）、アルゴン、フッ素、及びネオン（ＡｒＦレーザ用）、又は、フッ素及びヘリウム及び／又はネオン（Ｆ2レーザ）のような循環レーザガス内への放電によって生成される。
【０００３】
線尖鋭化パッケージ
日本特許第２，６９６，２８５号から抜粋したこのような従来技術システムの概略図を図１に示す。図示するシステムは、出力カプラ（又は、前部ミラー）４、レーザチャンバ３、チャンバウィンドウ１１、及び格子ベース・線尖鋭化ユニット７を含む。線尖鋭化ユニット７には、一般的に、簡単に交換可能なユニットとしてリソグラフィレーザシステム上に設けられ、「線尖鋭化パッケージ」又は略して「ＬＮＰ」といわれることもある。この従来技術ユニットは、「Ｌｉｔｒｏｗ」構成で配置された２つのビーム拡張プリズム２７及び２９と格子１６とを含む。これらのシステムで使用される格子は、極度に敏感な光学装置である。一般的な格子表面は、厚いガラス基板上の１つ又は複数のアルミニウム層に作られた１０，０００溝／インチを有することができる。これらの格子及びその製作技術は、本明細書において引用により組み込まれる米国特許第５，９９９，３１８号に説明されている。格子表面の歪を回避するための従来技術は、格子ガラス基板の熱膨張係数と非常に良く合う小さな熱膨張係数を有する材料で作られた金属格子マウント上に格子を取り付けることである。格子は、標準空気中に酸素が存在すると紫外線照射の下で急速に劣化する。このために、リソグラフィレーザ用線尖鋭化ユニットの光学構成要素は、一般的に作動中に窒素で連続的にパージされる。
【０００４】
図２は、本出願人の雇用主であるサイマー・インコーポレーテッドによって製作された、このような装置を組み込む従来技術のラインナロードリソグラフィＫｒＦレーザシステムの一部としての従来技術の線尖鋭化ユニットを示す概略図である。このユニットは、３つのビーム拡張プリズム８、１０、及び１２、同調ミラー１４、及び格子１６を含む。尚、瓶４４からの窒素パージは、格子表面に直接パージ流が当たるのを回避するために同調ミラー４６の裏側でユニットに入る。このシステムにおいては、レーザビーム６の波長は、フィードバック構成において制御され、この構成では、ビームの波長がモニタ２２で測定され、コンピュータコントローラ２４が、波長を所望の値に制御するために波長情報を使用して同調ミラー１４の角度的位置を調節する。帯域幅制御装置２０は、例えば、格子１６を機械的に曲てそれをわずかに凹ませるために使用される。この装置については、サイマー社に譲渡された米国特許第５，０９５，４９２号に詳細に説明されている。この装置の使用は、帯域幅をいくらか低減させるが、レーザが高い負荷サイクルで稼動する時には帯域幅はやはり仕様から外れる。
【０００５】
長年の間、ラインナロードレーザの設計者は、レーザビームの歪が格子面近くのガス流によって引き起こされる可能性があると考えていた。従って、過去のレーザ設計者は、パージ窒素が格子面上を直接流れないように特に努力してきた。これらの努力の幾つかの例は、上述の日本特許第２，６９６，２８５号で説明されている。抜粋した図１に示す例においては、パージ流は、窒素ガス瓶４４からポート４６を通じて格子１６の裏側に向かって導かれる。
【０００６】
繰返し率の増加
集積回路業界で現在使用されているラインナロード紫外線レーザ光源は、一般的に、約１０００Ｈｚの繰返し率及び約２０％のデューティファクタで約１０ミリジュール／パルスを生成する。集積回路の製造量の増加は、より高い繰返し率及びより大きな負荷サイクルで達成することができる。本出願人の雇用主は、現在、２０００Ｈｚガス放電リソグラフィレーザを販売しており、本出願人らは、４０００Ｈｚガス放電リソグラフィレーザを既に設計している。本出願人は、これらのより高い繰返し率及び負荷サイクルにおいて確実な狭帯域幅を維持することの困難を体験してきた。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許番号６，２１２，２１７Ｂ１
【特許文献２】
米国特許出願一連番号第０９／３９０，５７９号
【特許文献３】
米国特許出願一連番号第０９／４５１，４０７号
【特許文献４】
日本特許第２，６９６，２８５号
【特許文献５】
米国特許第５，９９９，３１８号
【特許文献６】
米国特許第５，０９５，４９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、高繰返し率及び高負荷サイクルガス放電レーザのための確実な線尖鋭化装置及び技術に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、高エネルギレーザビームを生成する線尖鋭化レーザのための格子ベースの線尖鋭化装置を提供する。線尖鋭化装置内のレーザビームによって生成された熱の悪影響を最小限に抑えるための技術が提供される。
格子と「ＬＮＰ」ハウジング構造体との間の示差熱膨張によって引き起こされる格子上の応力を実質的に排除する曲格子マウントが設けられる。好ましい実施形態においては、厚い超低膨張ガラス基板上の線を引いた非常に薄いアルミニウム表面から成る格子が、曲格子マウントを使用してアルミニウムハウジング構造体に取り付けられる。また、少なくとも１つの曲継手が格子マウントに設けられ、格子のガラス基板に不要な機械的応力を生成することなくアルミニウムハウジングの熱膨張及び収縮を可能にする。いくつかの実施形態においては、マウントは金属板を含み、曲継手は、金属板内に機械加工されるエイチフレックス（エイチフレックス）継手である。別の実施形態においては、２つのエイチフレックス継手が設けられる。他の実施形態においては、曲継手は、マウントの一端を他端に対して摺動させる蟻継手である。
別の好ましい実施形態においては、ガスの流れは、格子面を横切るように導かれる。他の実施形態においては、格子面に対する高温ガス層の影響は、パージガスとしてヘリウムを使用して低減され、また、他の実施形態においては、パージガス圧力が低減されて、高温ガス層の光学的効果が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、図面を参照することによって説明することができる。
高い平均電力でのレーザ性能
一般的に５Ｗよりも少ない比較的低い平均電力で作動する従来技術のラインナロードＫｒＦエキシマレーザは、０．６ｐｍよりも少ない帯域幅を有して約２４８ｎｍを中心とするレーザビームを生成することになる。このレーザは、平均電力が５Ｗを下回っている限り、２０００Ｈｚまで及びそれを上回る高い繰返し率においてさえも問題なく稼動することができる。一般的なリソグラフィＫｒＦエキシマレーザは、１０ｍＪのパルスエネルギを有する。従って、平均電力の増加を回避するためには、レーザは、比較的低い負荷サイクルで作動されるべきである。例えば、それは、バースト間の約０．４５秒の休止を用いて、２００パルスのバーストにより２ｋＨｚで稼動させることができる。このような作動であれば、以下の平均電力が得られることになる。
Ｐ平均＝（１０ミリジュール・２００パルス）／０．５秒＝４Ｗ      （１）
【００１１】
帯域幅制御に関する問題は、平均電力を上げた時に現れ始める。これは、例えば、バースト間遅延が減少した時に発生する。例えば、０．１秒のバースト間遅延で同じ２００パルスバーストを稼動するレーザは、以下の平均電力を有することになる。
Ｐ平均＝（１０ミリジュール・２００パルス）／０．２秒＝１０Ｗ      （２）
最大では、レーザは連続モードで稼動され、それは、２０００Ｈｚ及び１０ｍＪのパルスエネルギにおける２０Ｗの平均電力と等価である。
【００１２】
従来技術のレーザシステムが高い平均電力で稼動される時、帯域幅は、０．６ｐｍよりも少ない初期帯域幅から約５から２０分の期間に亘って徐々に増加され、実質的に０．６ｐｍよりも高いままである。帯域幅のこのような増加は、マイクロリソグラフィ生産工程では回避すべきであり、それは、映写レンズの色変化のために画像がぼやけることになるからである。別の重要な用途は、映写レンズそれ自体のような他のリソグラフィ構成要素の高い負荷サイクルでの熱特性を試験するためにレーザが使用される時である。この用途において、レーザは、試験継続中、その帯域幅及び他のパラメータを仕様内に維持すると考えられる。
【００１３】
４０００Ｈｚレーザ
生産に使用のための現在試験されているリソグラフィレーザシステムは、４０００Ｈｚで作動するように設計されたレーザが含まれる。所望のレーザビーム品質をこれらの増大した繰返し率で維持することが課題となっている。熱の影響は、２０００Ｈｚシステムと比較すると実質的に大きくなっている。
格子の歪
図２Ａは、「ＬＮＰ」格納装置の床部に格子１６を取り付ける従来技術の方法を示す側面図である。この場合、格子の厚いガラス基板は、非常に短いエポキシピラーを用いて装着板１６Ａに３ヵ所の各々で取り付けられる。図２Ｂは、大体のピラーの水平方向位置を１７Ａ、１７Ｂ、及び１７Ｃに示す。装着板は、２つのねじ１６Ｂ及び１６Ｃで「ＬＮＰ」格納装置の床部に安定的にねじ込まれる。この従来技術の設計においては、装着板は、ゼロに近い熱膨張係数、また、同じくゼロに近い超低膨張のガラスである格子ガラス基板の膨張係数に近い熱膨張係数を有するインバールで作られる。しかし、チャンバ格納装置は、インバール及び格子ガラス基板の両方とは実質的に異なる熱膨張係数を有するアルミニウムである。その結果、「ＬＮＰ」内の温度の偏りによって、「ＬＮＰ」格納装置の底部に安定的にねじ込まれた装着板に対して曲げ応力が発生し、装着板は、次に、短いエポキシピラーを通じて格子に曲げ応力を発生させる。温度の偏りが小さい限り、ピラーは、顕著な歪を防止するのに十分なほど柔軟であるが、２０００Ｈｚから４０００Ｈｚまでの範囲の高繰返し率及び高デューティファクタでは、格子内の熱による歪は、帯域幅及び波長中心線安定性の両方の点でレーザビームの品質に実質的に悪影響を与えるほど大きなものになっていた。
【００１４】
問題の発生源の発見
本出願人は、最初にビームエネルギの増加による品質の劣化を見始めた時には、その原因が明白ではなく、多くの潜在的な原因を調査した。格子面上のパージガスの表面加熱は１つの原因であり、それは、以下の節で説明するように、パージガスの流れを格子面上に直接導くことによってほぼ是正された。しかし、これは問題を完全に排除しなかった。
最後に、本出願人の一人が図２Ａに示すようにねじ１６Ｃを緩めると、ビーム品質が実質的に向上した。本出願人は、次に、示差熱膨張がビーム品質の劣化を引き起こす格子の不要な曲がりを引き起こしていることを認識した。その結果、本出願人は、この問題を解決するために「ＬＮＰ」の幾つかの修正デザインを設計した。
【００１５】
蟻継ぎ（鳩尾）デザイン
この問題の１つの解決策を、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、及び図１１Ｅに示す。図１１Ａ及び図１１Ｂは、格子に掛かる熱応力を最小限に抑えるための格子マウントの底面図である。このマウントは、２つの主要部分１００及び１０２で構成される。部分１０２は、摺動して部分１００の蟻継ぎスロット１０４に入る。部分１０２は、ねじ付き孔１０６で「ＬＮＰ」の床部にボルト留めされ、部分１００は、ねじ付き孔１０４で「ＬＮＰ」の床部にボルト留めされる。図１１Ｃは、部分１００の蟻継ぎスロットを示し、図１１Ｄは、スロット内への緩みのない摺動嵌合に対して設計する方法を示す部分１０２の端面図である。図１１Ｅは、部分１００のスロット１０４内部に位置する部分１０２を示す。２つのばね張力式ローラ１０８は、部分１０２をスロット１０４の側面１１０に対して圧縮する。格子（図示せず）は、直径約１センチメートル及び高さ１ミルの３つの短いエポキシピラーを使用して部分１００の上に取り付けられることが好ましい。この設計により、「ＬＮＰ」床部は、格子に機械的応力を掛けることなく膨張及び収縮することができる。
【００１６】
エイチフレックス継手
本発明の第２の実施形態は、単一のエイチフレックス継手を有する格子マウントのそれぞれ上面図、側面図、及び底面図である図１２Ａ、図１２Ｂ、及び図１２Ｃを参照しながら説明することができる。このマウントは、先に説明したように、溶融シリコン格子ガラス基板とほぼ同じである非常に小さい熱膨張係数を有するインバールで構成される。このマウントはまた、約１／２インチ厚であり、その上に取り付けられる格子の厚いガラス基板とほぼ等しい長さを有する。孔１２０は、主として重さを低減するためにマウントに切り込まれる。エイチフレックス継手１２１は、図１２Ａに示すようにマウント内に機械加工される。２つの犬の骨の形をした孔１２４がマウント内に切り込まれ、それぞれ約０．０６０インチ厚の４つの撓み脚部１２６が得られるように「Ｈ」形撓み継手を生成する。格子は、図１２Ａに示すように、位置１２８で高さ約４ミル及び直径１センチメートルの３つの短いエポキシピラーでマウントに取り付けられることが好ましい。
【００１７】
マウントは、図１２Ｃに示すねじ付き孔１３０を使用して、「ＬＮＰ」格納装置に安定的にねじ込まれる。エイチフレックス継手により、格子にいかなる顕著な応力も伝達することなく格納装置底部が熱により膨張及び収縮することができる。継手は、格子の長手方向の小さな力に対してほとんど抵抗をもたらさない。膨張係数は、この長手方向では約０．００１インチ／ポンドであるが、他のいかなる方向の力にも極端に強くかつ抵抗する。
【００１８】
２つのエイチフレックス継手
第３の実施形態は、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅ、及び図１３Ｆを参照しながら説明することができる。図１３Ａは上面図、図１３Ｂは側面図、図１３Ｃは底面図である。このマウントは、先に説明して図１２Ａに示したものと類似である。しかし、このマウントは、それぞれ図１３Ｄ及び図１３Ｅで拡大して図示するように、２つのエイチフレックス継手１３４及び１３３を有する。マウントは、「ＬＮＰ」格納装置と同様にアルミニウム製である。マウントはまた、先の実施形態で説明したように格納装置に取り付けられる。格子は、上述の通り、図１３Ａ、図１３２Ｄ、及び図１３２Ｅに示すように位置１３２Ａ、１３２Ｂ、及び１３２Ｃで３つの短いエポキシピラーを用いてマウントに取り付けられる。エポキシ位置（この実施形態及び他の実施形態における）でのマウントの表面は、好ましくは、良好なエポキシ表面を生み出すように、＃４０グリット・ドライ・ブラストのアルミナで研磨される。エイチフレックス１３４及びエイチフレックス１３３の脚部は、約０．０３０インチ幅である。「Ｆｌｅｘ」１３３は、図に示すように、格子に対する格子の長手方向のマウントの膨張を可能にし、「ＦＬＥＸ」１３４は、格子の短尺方向の膨張を可能にする。第２のエイチフレックス継手により、インバールよりも廉価で機械加工しやすいアルミニウムをマウント材料として使用することができる。好ましくは、エポキシピラーが正しい厚み（即ち、高さ）になることを安定的にするために、格子をマウントに取り付ける時に、４ミルのシムがこの実施形態及び他の実施形態に使用される。
【００１９】
熱膨張係数の符合
格子マウントの好ましい設計では、マウントに使用される材料を考慮する必要があることに注意すべきである。例えば、図１１Ａ〜図１１Ｄ、及び図１２Ａ〜図１２Ｃの例においては、厚い「ＵＬＥ」ガラス格子基板と類似の熱膨張係数を有するインバールがマウントに使用される。従って、格子は、マウントの長尺部分に３つの短いエポキシピラーを用いて２つの遠く離れた位置で取り付けられ、マウントの短尺部分には取り付けられない。これらの２つの例においては、マウントの長尺部分の一端がチャンバに取り付けられ、マウントの他端におけるマウントの短尺部分は、別個にチャンバに取り付けられる。両方の例における曲継手により、マウント及びチャンバ（大きく異なる膨張係数を有する）は、異なる割合で膨張及び収縮することができる。
【００２０】
図１３Ａ〜図１３Ｅの例において、マウントの長尺部分は、２つの位置でハウジングに安定的に取り付けられる。マウント及びハウジングは共にアルミニウムであるから、これは、大きな応力を生み出さない。アルミニウムと実質的に異なる膨張係数を有する格子基板は、２つの曲継手により互いに対して自由に動くマウントの３つの別々の部分の各々に取り付けられる。従って、仮に図１１Ａ〜図１１Ｄ、及び図１２Ａ〜図１２Ｃの例でマウントがアルミニウム製であったとしたら、各々の場合において、マウントの長尺部分のみをチャンバ床部に取り付けるべきであり、格子を両方の部分に取り付けるべきである。また、仮に図１３Ａ〜図１３Ｅの例でインバールがマウントに使用されたとしたら、格子は、マウントの長尺中実部分に取り付けるべきであり、マウントは、１３２Ａ、１３２Ｂ、及び１３２Ｃの箇所でチャンバに取り付けられるべきである。
【００２１】
高温窒素層
本出願人は、図３に示すような繰返し率が高い場合の性能不良は、一部には格子面４８上に約５分間に亘って成長する高温窒素層の生成の結果であると判断した。この高温ガスは、入射レーザビームの一部分を吸収することにより加熱された格子表面によって加熱される。一般的に、入射光の１５％から２０％までが格子表面により吸収される。格子の表面温度は、１０℃から１５℃に上昇するであろう。この温度上昇は均一ではなく、図９に示すように格子の中央部が高くて端部が低い。従って、格子中央部の前の空気は、縁部の前の空気よりも温度が高い。従って、レーザビーム８０が格子表面８６上に入射した時、それは、この境界層８２を通って進む。この空気は同じ圧力を有するので、空気が高温であるほど密度が小さくなる。従って、格子中心部近傍の空気の方が、縁部近傍の空気よりも密度が小さい。そのために、レーザビーム８０は、格子中央部及び縁部に進む時に異なる移相を有することになる。従って、平行波面８８を有する入射ビームは、発散ビームに対応する曲波面９０を有することになる。これは、格子１６が完全に平坦である場合でさえも発生する。
本出願人は、この高温窒素層を実質的に排除するための線尖鋭化ユニットの好ましい変更例を開発した。
【００２２】
格子面を横切る流れ
本発明の第１の好ましい実施形態を図４Ａ及び図４Ｂに示す。この場合、約２リットル／分の窒素パージは、パージガスマニホルドとして機能する長さ１０インチ及び内径３／８インチの管内に１／４インチの間隔を空けて配置された約１ミリメートル径の孔を通って上方に流される。窒素パージ流の大半は、障壁板６０及び障壁カバー６２により図４Ｂの矢印で示す方向に押しやられる。この構成により、図５の図表に示すような素晴らしい結果が得られた。この場合、０．１Ｗから２０Ｗまで出力平均電力の増加は、０．４から０．５ｐｍ以内の変動をもたらした。興味深いことに、１０Ｗの平均電力では、帯域幅が実際に０．１Ｗの時よりも若干小さい。
【００２３】
流れ関連の歪みを回避するために格子面を横切るパージ流を入念に制御することは重要である。本出願人は様々な流量を試験し、過度の流量が益よりも害を与える可能性があると判断した。例えば、２０リットル／分の流量の結果は非常に悪かった。推奨される流量は、約０．５リットル／分から約１０リットル／分の範囲である。また、このパージは、実質的に格子の温度を下げないことに注意することが重要である。格子は高温のままである。このパージが行うことは、かなり連続的に格子の前の空気を入れ換えることであり、従って、空気は格子により加熱される時間がない。非常に小さな流量、及びこれに対応するガス速度により、流れ自体により引き起こされるいかなる空気の歪みもそのレーザ作動への影響が防止される。
【００２４】
他のパージ構成
図３に示す問題を引き起こす熱の層の成長を防止するための格子面を横切るガス流をもたらす潜在的な構成は数多くある。例えば、マニホルドの長さ方向に延びる約０．５ミリメートルの狭いスリットを小さな孔の代わりに使用することができるであろう。また、より滑らかな流れは、図６Ａの断面に示すようなスリット型ノズルを用いてもたらすことができ、又は、図６Ｂに示すように格子の上部及び下部の両方にスリットノズルを設けることができるであろう。また、格子面を横切る流れは、図６Ｃに示すような半閉塞システム内の非常に小さなファンを用いてもたらすことができる。この場合、図２に示す従来技術におけるような規則的な窒素パージをもたらすことができる。図６Ｃの実施形態においては、格子及び障壁間の空洞は密封されておらず、パージガスは、６４及び６６に示すように、循環して空洞を出入りすることができる。ファン７０から、またそこに延びる管６８は、格子１６上の最も高温の区域の真上及び真下にあるスリット付き管７２及び７４の中心近くで結合する。
【００２５】
ガス圧力の低減
高温ガス層の問題に対する第２の解決策は、線尖鋭化パッケージ内のガス圧力を下げることである。
ガス対流によりガス密度が空間的に変化して屈折率の不均一分布を引き起こし、これは、次に位相面異常をもたらす。加熱された格子表面近くのガス対流によるガス密度変動により引き起こされたいかなる異常のマグニチュードも、感受性又は屈折率の公称値、従ってガス密度にほぼ直線的に依存する。
【００２６】
格子及び他の光学構成要素の表面の対流冷却は、ガス分子の平均自由行程が「ＬＮＰ」内の「高温」及び「低温」表面間の距離よりも小さくない限り、実質的に低減されない。これらの距離を約１０センチメートルと仮定した場合、経験則により、ガス圧力は、平均自由行程が約１０センチメートルの時の圧力を超えては低減されないはずであると言えるであろう。その圧力は、約１から１０ミリバールの範囲であり、従って、「ＬＮＰ」内のガスの密度は、大気圧条件の密度の約０．１から１．０％である。
【００２７】
図１０は、「ＬＮＰ」内の制御圧力を約１から１０ミリバールに維持するためのシステムを示す概略図である。窒素は、オリフィス９０を通じて密封「ＬＮＰ」７に入る。真空ポンプ９２は、「ＬＮＰ」内の真空状態を作るために使用され、所望の真空状態は、ニードル弁９８を制御するための圧力センサ９６からのフィードバック信号を使用してコントローラ９４により維持される。「ＬＮＰ」が密封システムであり、圧力がほぼ平衡状態であるから、センサ９６は、熱電対とすることができる。
【００２８】
ヘリウムによるパージ
高温層の影響を低減するための別の解決策は、「ＬＮＰ」をヘリウムでパージすることである。ヘリウムは、より小さな示差屈折率を有し、従って、高温層により引き起こされる歪みが低減することになる。更に、ヘリウムは、窒素よりもはるかに優れた熱伝達特性を有する。アルゴンもまた、同じ利点を利用して使用することができる。しかし、ヘリウムの方が窒素よりもはるかに高価である。
【００２９】
当業者は、本発明の上述の特定の実施形態に加えて、歪みに対処することができる他の実施形態が数多くあることを認識するであろう。例えば、インバール又はアルミニウム以外の材料をマウントに使用することができるが、その材料は、先に説明した理由から、剛性を有する格子基板又はチャンバハウジングのいずれかに符合する熱膨張係数を有するべきである。高温ガス層に対処する別の技術は、高温ガス層の悪影響を是正するために能動的帯域幅制御を行うことである。幾つかの波長パラメータを実質的にリアルタイムで制御する技術は、本明細書において引用により組み込まれる１９９９年９月３日出願の米国特許出願一連番号第０９／３９０，５７９号に説明されている。これらの技術には、ビーム拡張プリズムの位置、格子曲率、及び同調ミラー位置の高速フィードバック制御が含まれる。レーザチャンバの位置の制御ももたらされる。図７は、レーザシステム全体のブロック図及び概略図の組合せであり、図８は、フィードバック制御機能が追加された「ＬＮＰ」の図である。この実施形態においては、格子の曲率は、格子曲率ステッパモータ３０により制御され、格子面上の高温ガス層により引き起こされた歪みを補正する。従って、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り判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の従来技術のラインナロード・レーザシステムを示す図である。
【図２】第２の従来技術のラインナロード・レーザシステムを示す図である。
【図２Ａ】従来技術による格子取付け技術を示す図である。
【図２Ｂ】従来技術による格子取付け技術を示す図である。
【図３】線尖鋭化格子面上の高温ガス層の帯域幅に及ぼす悪影響を示す図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図５Ａ】従来技術のパージ処理を用いた様々な繰返し率での帯域幅のトレースを示す図である。
【図５Ｂ】本発明によるパージ処理を用いた様々な繰返し率での帯域幅のトレースを示す図である。
【図６Ａ】本発明の代替実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の代替実施形態を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の代替実施形態を示す図である。
【図７】高速フィードバック制御に対して装備された「ＬＮＰ」を示す図である。
【図８】高速フィードバック制御に対して装備された「ＬＮＰ」を示す図である。
【図９】格子表面上のガス層の加熱を示す図である。
【図１０】パージガス圧力を低減するための技術を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの本発明の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａの本発明の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ａの本発明の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１３Ｄ】図１３Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【図１３Ｅ】図１３Ａの本発明の別の好ましい実施形態の特徴を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２０  孔
１２１  エイチフレックス継手
１２４  犬の骨の形をした孔
１２６  撓み脚部
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ−１】
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【図２Ａ−２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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