(57)【要約】集積回路リソグラフィに有益な狭帯域Ｆ2レーザシステム。第１のＦ2レーザ利得媒体からの出力ビームは、約０．１ｐｍ又はそれ以下の帯域幅を有するシードビームを生成するためにプレ利得フィルタで濾過される。シードビームは、第２のＦ2レーザ利得媒体を含む電力利得段において増幅される。本システムの出力ビームは、約０．１ｐｍ又はそれ以下の半値全幅帯域幅を有する約５ｍＪを超えるパルスエネルギのパルスレーザビームである。好ましい実施形態では、プレ利得フィルタは、中心線波長のフィードバック制御を可能にする波長モニタを含み、従って、確実に所望の帯域幅範囲が電力利得段の中に注入されるようにプレ利得フィルタ光学装置を調節することができる。【選択図】図５【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）実質的に０．１ｐｍよりも大きいプレフィルタ帯域幅を形成する第１のパルス出力レーザビームを生成するように構成された第１のＦ2レーザ光源と、
Ｂ）前記第１のパルス出力レーザビームを受けるように位置決めされ、前記プレフィルタ帯域幅を尖鋭化して０．１ｐｍ又はそれ以下のポストフィルタ帯域幅を有する濾過されたビームを生成するように構成されたプレ電力利得光学フィルタと、
Ｃ）前記濾過されたビームを受け止め、それを増幅して３ｍＪよりも大きいエネルギを有し尖鋭化された出力帯域幅を形成するパルスを有する増幅されたパルスレーザビームを生成するように位置決めされた電力利得レーザと、
を含むことを特徴とするＦ2レーザシステム。
【請求項２】
前記増幅されたパルスレーザビームを受けるように位置決めされ、前記尖鋭化された出力帯域幅を更に尖鋭化するように構成されたポスト出力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３】
前記第１のＦ2レーザ光源は、面平行光学共振器を有するＦ2レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項４】
前記第１のＦ2レーザ光源は、不安定共振器を有するＦ2レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項５】
前記第１のＦ2レーザ光源は、１０〜１００μＪの範囲の出力を生成するように構成され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６】
前記プレ利得フィルタは、単色光分光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７】
前記単色光分光器は、回折格子単色光分光器であることを特徴とする請求項６に記載のレーザシステム。
【請求項８】
前記回折格子単色光分光器は、 リスロー形態で配置された回折格子を含むことを特徴とする請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記単色光分光器は、熱による歪みを回避するように構成されたスリットを含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記スリットは、屈折スリットであることを特徴とする請求項９に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
前記プレ利得フィルタは、波長モニタを含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
前記波長モニタは、ビームスプリッタ及び線形検出器アレーを含むことを特徴とする請求項１１に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記波長モニタはまた、注入シードパルスエネルギモニタを含むことを特徴とする請求項１２に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記単色光分光器は、前記第１のパルス出力レーザビームの発散を小さくして前記回折格子を照明する低発散ビームを生成するように構成されたビームエキスパンダを含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記単色光分光器はまた、出口スリットと、前記回折格子から反射された光を前記出口スリット上に集束させるための集束光学装置とを含むことを特徴とする請求項１４に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記単色光分光器はまた、波長モニタを含むことを特徴とする請求項１４に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記波長モニタは、ビームスプリッタ及び線形検出器アレーを含むことを特徴とする請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記プレ利得フィルタは、エタロンフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記エタロンフィルタは、ビームエキスパンダ及び部分拡散器を含むことを特徴とする請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記単色光分光器は、プロセッサコントローラと、前記第１の濾過ビームの波長を制御するためのフィードバックループとを含むことを特徴とする請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項２１】
前記プレ利得フィルタは、プロセッサコントローラと、前記第１の濾過ビームの波長を制御するためのフィードバックループとを含むことを特徴とする請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項２２】
前記電力利得レーザは、電力発振器として構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２３】
前記レーザは、フレネルコアを形成する共振器を含み、
前記レーザはまた、高反射凸面ミラー及び高反射凹面ミラーを含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載のレーザシステム。
【請求項２４】
前記電力利得レーザは、電力増幅器として構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項２５】
前記電力増幅器は、軸外電力増幅器であることを特徴とする請求項２４に記載のレーザシステム。
【請求項２６】
前記ポスト出力フィルタは、レーザシステムで生成された赤色光及び赤外線に対して弁別するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項２７】
前記ポスト出力フィルタは、単色光分光器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２８】
前記ポスト出力フィルタは、エタロンを含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザシステム。
【請求項２９】
Ａ）実質的に０．１ｐｍよりも大きいプレフィルタ帯域幅を形成する第１のパルス出力レーザビームを第１のＦ2レーザにおいて生成する段階と、
Ｂ）前記第１のパルス出力レーザビームを受けるように位置決めされ、前記プレフィルタ帯域幅を尖鋭化して０．１ｐｍ又はそれ以下のポストフィルタ帯域幅を有する濾過ビームを生成するように構成されたプレ電力利得光学フィルタで、前記第１のパルス出力レーザビームを濾過する段階と、
Ｃ）３ｍＪよりも大きいエネルギを有し尖鋭化された出力帯域幅を形成するパルスを有する増幅されたパルスレーザビームを生成するために、電力利得レーザにおいて前記濾過ビームを増幅する段階と、
を含むことを特徴とする、狭帯域パルス紫外線レーザビームを生成する方法。
【請求項３０】
前記尖鋭化された出力帯域幅をポスト出力フィルタを用いて更に尖鋭化する段階を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のＦ2レーザは、面平行光学共振器を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１のＦ２レーザは、不安定共振器を有するＦ2レーザであることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記プレ利得フィルタは、単色光分光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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「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、「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号に対する優先権を主張する。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。１つのこのようなレーザは、１９９０年９月２５日に付与された米国特許第４，９５９，８４０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２、及び図３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３に示す。図２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・尖鋭化（ナローイング）・モジュール１８によって狭められる（ライン・尖鋭化・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・尖鋭化・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】
Ｆ2レーザ帯域幅
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・尖鋭化される。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・尖鋭化される。これらのレーザは、図２に示すライン・尖鋭化・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。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（すなわち、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約０．１ｐｍの帯域幅を有するべきである。
【０００８】
光学フィルタ
ビーム内の狭い範囲の光を選択する光学フィルタが数多くある。１つのこのようなフィルタは、単色光分光器であり、第１のスリットを通過する光がレンズで平行化され、プリズム又は回折格子のような分散要素でスペクトル的に分散されて、この配分された光は、次に焦点平面に集束され、選択されたスペクトル範囲が、局所的平面に位置するスリットを通して集められる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許出願一連番号第０９／８２９，４７５号
【特許文献２】
米国特許出願一連番号第０９／４７３，７９５号
【特許文献３】
米国特許出願一連番号第０９／４５９，１６５号
【特許文献４】
米国特許出願一連番号第０９／４３８，２４９号
【特許文献５】
米国特許出願一連番号第０９／４２１，７０１号
【特許文献６】
米国特許出願一連番号第０９／４０７，１２０号
【特許文献７】
米国特許第４，９５９，８４０号
【特許文献８】
米国特許第５，９９１，３２４号
【特許文献９】
米国特許第６，１２８，３２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
必要とされているのは、改良された狭帯域Ｆ2レーザシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、集積回路リソグラフィに有益な狭帯域Ｆ2レーザシステムを提供する。第１のＦ2レーザ利得媒体からの出力ビームは、約０．１ｐｍ又はそれ以下の帯域幅を有するシードビームを生成するためにプレ利得フィルタで濾過される。シードビームは、第２のＦ2レーザ利得媒体を含む電力利得段において増幅される。本システムの出力ビームは、約０．１ｐｍ又はそれ以下の半値全幅帯域幅を有する約５ｍＪを超えるパルスエネルギのパルスレーザビームである。好ましい実施形態では、プレ利得フィルタは、中心線波長のフィードバック制御を可能にする波長モニタを含み、従って、確実に所望の帯域幅範囲が電力利得段の中に注入されるようにプレ利得フィルタ光学装置を調節することができる。
【００１２】
本発明は、従来の方法でマスタ発振器のライン・尖鋭化を試みることに対して大きなシステムレベルの利点をもたらす。従来のライン・尖鋭化においては、分散性光学装置（エタロン、回折格子など）が第１のレーザの光学共振器に挿入される。その結果、ライン・尖鋭化光学装置が選択しようとする波長が正しくない場合、マスタ発振器はレーザ光を発することさえしないことになる。Ｆ２レーザに関しては、約１ｐｍ幅の利得の場合に、ライン・尖鋭化光学装置は、レーザが発射される前でさえも±０．５ｐｍ以内に同調されなければならない。このために、特にレーザがオフ又は待機モードにある長い休止期間の後では、ライン・尖鋭化光学装置の安定性に関して極めて難しい要件が付される。一般に、レーザが長いオフ期間後にいかなる実質的な光をも生成することを当てにすることはできない。これに対処するためには、「盲サーチ」方法という手段に頼ってレイジングを再び得るように試行する必要がある。これとは対照的に、本発明の自励マスタ発振器は、注入スペクトルフィルタが同調していない場合でさえも常にレーザ光を発することになる。これにより、注入フィルタの同調を補正する機会が与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照して説明することができる。本発明の第１の好ましい実施形態は、第０９／４７３，７９５号特許出願の図６Ｄである図４にブロック図の形で示されている。プレ電力利得フィルタが、マスタ発振器(シードレーザと呼ばれる）と電力利得段（そこでは「スレーブ発振器電力増幅器と呼ばれる）との間に設けられる。
第２の好ましい実施形態は、図５に同じくブロック図の形で示され、それは、プレ利得フィルタを有し、第２のフィルタが電力利得段の下流側に設けられる。図５のレーザシステムの４つの主要要素の各々において多くの変形が可能であり、ポスト出力フィルタは、図４に示すように全く必要ない場合がある。
【００１４】
用語
図５は、超狭帯域Ｆ2レーザシステムのいくつかの実施形態を構成する主要要素を示す。これらの要素の各々は、いくつかの異なる形態を取ることができ、様々な方法で説明することができる。本明細書においては、約１５７．６３ｎｍにおける波長範囲のエネルギを有する光ビームを生成する任意の装置を意味するのに「第１のＦ2光源」という語句を以下において使用する。第１のＦ2光源がＦ2レーザである場合、それを「マスタ発振器」又は「シードレーザ」と呼ぶ場合がある。「プレ利得フィルタ」という語句は、第１のＦ2光源からの出力ビームを濾過して、約１５７．６３ｎｍの範囲の濾過Ｆ2ビームから、約０．１ｐｍ又はそれ以下の帯域幅を有する１５７．６３ｎｍの範囲の非常に狭い濾過Ｆ2ビームまでを生成するのに用いられる任意のフィルタを意味する。「Ｆ2電力利得段」という語句は、Ｆ2ガス及びバッファガスを包含する電気放電チャンバを含み、非常に狭い濾過Ｆ2ビームを増幅して増幅Ｆ2レーザビームを生成するように構成されたガス放電ユニットを意味する。「ポスト出力Ｆ2フィルタ」という語句は、Ｆ2電力利得段の下流に位置し、増幅されたプレフィルタＦ2ビームをスペクトル的に濾過するように構成された任意のスペクトルフィルタを意味する。
【００１５】
第１のＦ2光源
好ましい第１のＦ2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。それは、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。
【００１６】
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、「原型Ｆ2レーザ」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の全てについて説明する。
【００１７】
プレ電力利得フィルタ
好ましい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。図６に示すこの第１フィルタ実施形態は、従来の回折格子単色光分光器の実施形態である。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（すなわち、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、すなわち、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。
【００１８】
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、すなわち、（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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に示す。このシステムと従来技術のＫｒＦレーザに対するパルス電力システムとの大きな相違は、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。
【００３３】
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
【００３４】
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。
【００３５】
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尖鋭化するために、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。
【００３６】
パルスエネルギのモニタリング
従来技術のエネルギ検出器
上述の原型ユニットを用いる場合、従来技術のＵＶパルスエネルギ検出器は、良い結果をもたらさない。これは、Ｆ2レーザが赤色及び赤外線スペクトル範囲でかなりの量の光を生成するからである。従来技術のＫｒＦ及びＡｒＦレーザで使用されるパルスエネルギ検出器は、赤色及び赤外線スペクトル範囲の光に非常に敏感である。実際に、これらの標準シリコンフォトダイオードは、１５７ｎｍのレーザ光よりも赤色及び赤外線に対してはるかに敏感である。従って、先に示したように光が約３％の範囲である時でさえ、シリコンフォトダイオードに及ぼす影響は、３％よりも遥かに大きい。この理由から、好ましくは、実質的に可視赤色光及び赤外線の影響を受けないエネルギ検出器を設置すべきである。紫外線放射に特に敏感であって赤色及び赤外線放射に比較的又は完全に鈍感な検出器が市販されている。これらの検出器は、一般的に、ソーラーブラインド検出器と呼ばれ、大気圏を超えた宇宙での作業で使用されて、本出願人の知る限りでは、レーザパルスエネルギの測定には応用されていない。「ソーラーブラインド」光検出器を製造するのに利用可能な幾つかの方法がある。幾つかの戦略について以下に説明する。
【００３７】
光電管
光電管は、２つの電極、つまり、光電陰極及び陽極から成る真空装置である。光が光電陰極に当たると、光電効果を通じて陰極材料から電子を追い出すことができる。陽極と陰極との間に正の電圧を印加すると、追い出された電子が陽極に押しやられ、光電陰極に当たるフォトン数／秒に比例した電流がこの装置を通じて発生される。この効果は、カットオフを有し、特定の値よりも大きい波長の光の照射では、光電子は生成されない。最大波長は、以下により規定される。
λmax＝ｈｃ／Φ
ただし、ｈは、プランクの定数、ｃは、真空中の光の速度、及び、Φは、仕事関数という材料の特性である。十分に高い仕事関数（例えば、４を上回る電子ボルト）を有する光電陰極材料を選択すれば、３００ｎｍよりも短い波長での照明に対してのみ光電流の発生、すなわち、ソーラーブラインド応答をもたらす。容認可能な仕事関数を有する光電陰極材料の例は、ＣｓＴｅ、ＣｓＩ、及びダイヤモンドフィルムである。
【００３８】
光導体
いくつかの半導体及び／又は絶縁材料を照明すると、光電効果と密接な関係にある効果が生じ、材料内のフォトン及び電子間の相互作用により、もはや材料内の特定の場所（すなわち、価電子帯）に捕縛されずに、印加電圧に応答して結晶を通って自由に移動する（すなわち、伝導帯）ような電子が励起される。ここでもまた、材料に当たる光子束に比例して電流が発生する。この効果は、材料の仕事関数ΦがバンドギャップＥgと通常呼ばれる異なる特性と置換されている点を除き、上述の方程式で示したものと同一の波長カットオフを示す。ここでもまた、十分に大きいバンドギャップを有する材料は、短い波長の放射にのみ応答することになる。５．４８ｅＶバンドギャップを有するダイヤモンドは、２００ｎｍよりも短い波長での光伝導応答を有する。
【００３９】
フォトダイオード
ダイオード接合（ショットキ、ｐ−ｎ、又はｐ−ｉ−ｎドープ半導体）の照明はまた、価電子帯から伝導帯まで電子を進めて光電流を発生させることができる。ダイオードは、順方向バイアスされてもよく、その場合、その性能は、電荷担体寿命が長い点を除いて光導体と非常に似通ったものである。逆方向バイアスされた時は、印加された場により装置応答速度が向上する。ここでもまた、十分に大きいバンドギャップを有する接合は、紫外線波長のみでの応答を可能にすることになる。
【００４０】
吸収深さの選別
小バンドギャップの光導体又はダイオードの赤色応答をその紫外線応答と比較して大幅に抑制する１つの方法は、装置厚みを適切に選択することである。材料の深さの中への紫外線フォトンの貫通が可視光線よりも遥かに小さいことが、このような材料の特徴である。すなわち、紫外線の完全な吸収は、表面近傍の遥かに薄い層で起こる。装置の厚みを紫外線の吸収深さと同等に選択する（あるカットオフ波長において）ことにより、装置を長い波長に対して比較的透明（すなわち、非応答的）にすることができる。真のソーラーブラインドではないが、このような構成は、検出可能性の閾値を下回るまで装置の可視光／赤外線応答を低減させることができる。
【００４１】
好ましい市販のソーラーブラインド光電管検出器は、米国カリフォルニア州ロサンゼルス及び日本所在のハママツ・リミテッドのような納入業者から入手可能である。ＣｓＩを使用する同社の「モデルＲ１１８７」は、１１５ｎｍから２００ｎｍの範囲のスペクトル応答を有する。「モデルＲ１１０７」及び「モデルＲ７６３」は、ＣｓＴｅを使用して１５７ｎｍを若干上回る最良の応答範囲を有するが、使用することができると思われる。
図１２は、パルスエネルギ及び／又は線量エネルギを所望のレベルに制御された状態で維持するためにレーザシステムで使用されるソーラーブラインド検出器を示す。（パルス及び線量エネルギの制御の詳細については、先の節を参照することができる。）
【００４２】
反射に基づくモニタリング
採取されたビーム（赤色及び真空紫外線）は、（１５７ｎｍ）真空紫外線波長で高反射率、及び、赤色／赤外線（不要な波長は、６３５ｎｍから７５５ｎｍの範囲に及ぶ）において低反射率を生み出すように設計された誘電性コーティングを有する幾つかのミラーから反射される。典型的な光学装置は、１５７ｎｍで９５％の反射率、及び、赤色／赤外線で４％の反射率を有し、約２４：１の消光比を与えるであろう。所望の消光比（典型的に５００又は１００：１）は、幾つかのミラー上の連続的な入射を通じて得ることができる。これらのミラーを通じて伝達された光は、散乱光が検出器に進むのを防ぐために、赤色／赤外線吸収の色ガラスフィルタ、又は他の光捕捉要素に衝突すべきである。
【００４３】
分散による分離
分散性要素（プリズム又は回折格子）は、真空紫外線を赤色／赤外線波長から分離するために使用することができ、フォトダイオードは、真空紫外線ビームのみを捕捉するように置かれる。回折格子要素を用いる場合、紫外線波長及び赤色／赤外線波長の高い回折オーダー間の実質的な重なりがないように溝間隔を選択すべきである。すなわち、ｍの値を変えることにより、紫外線波長及び可視／赤外線波長に対する設計角度θにおいて回折格子方程式が同時に満足されてはならない（ｍは常に整数、例えば、全ての可視／赤外線放射波長に対して、Ｄｓｉｎ（θ）＝ｍ1＊１５７ｎｍ≠ｍ2＊７５５ｎｍなど）。
【００４４】
蛍光による検出
１５７ｎｍ光に露出されると可視光又は赤外線で蛍光を発する材料が、シリコン光検出器の前に置かれる。真空紫外線を可視光／赤外線に変換することにより、フォトダイオードの赤色光応答の増大が相殺される。蛍光放射波長が赤色／赤外線レーザ放射波長と実質的に異なる場合、赤色／赤外線放射を直接的に抑制するために、蛍光変換器の後に赤色／赤外線吸収フィルタを使用することができる。蛍光変換器もまた、そのような吸収性材料を用いて構成又はドープされてもよいであろう。
【００４５】
赤色放射の低減
従来技術によるＦ2レーザは、一般的に、ヘリウムをバッファガスとして利用する。ネオンを使用することもできるが、Ｈｅをバッファとして使用するＦ2レーザと比較すると、Ｎｅバッファを有するレーザの効率は大幅に落ちることが公知である。一般的に、Ｎｅをバッファとして使用すると、同等のレーザパルスエネルギを生成するのに、相当に高いＦ2濃度、及び、より高い電圧も必要とする。ヘリウムの方がネオンよりも遥かに安価であり、従って、従来技術においてＨｅがＦ2バッファガスに選択されたのは当然である。しかし、上述のように、ヘリウムバッファを有するＦ2レーザは、かなりの割合の可視赤色光及び赤外線を生成し、そのために、その波長において超蛍光、又はレイジングさえも発生する。通常、この寄与は、これらの長い波長でレイジングが実際に起きるほど十分に高い。レーザビームのこれらの長い波長により、上述のようにエネルギ検出に関する問題が引き起こされる可能性があり、また、赤色の波長は、下流のリソグラフィシステムで問題を引き起こす可能性がある。これらの問題は対処することはできるが、多くの場合におけるより良い解決策は、赤色光／赤外線をそれがレーザ内で作り出される時に実質的に低減するか、又はビームから排除することである。
【００４６】
本出願人は、ビーム内の赤色光及び近赤外線は、バッファガスを純粋なヘリウムからヘリウム及びネオンの適切な混合気に変えた時に実際に排除されると説明した。しかし、Ｎｅが加わると、望ましくない赤色及び近赤外線成分を実質的に排除する他に、所望の紫外線波長でのレーザの効率に影響を及ぼす。従って、どのＨｅ及びＮｅの混合が最良であるかは、最大パルスエネルギの重要性と赤色光及び近赤外線を排除することの相対的な重要性とに依存するであろう。通常は、全バッファ量の百分率としてのＮｅの好ましい範囲は、約４０％から９５％になることになる。図２１に示すように、実質的に赤色／赤外線をゼロするが最大の紫外線パルスエネルギを与える良好なバッファガス混合気の範囲は、ネオンが０．５２と０．６３の間であり、残りがヘリウムである。
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】
【００４７】
【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２】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３】図２のレーザのレーザチャンバの図である。
【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。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ  マスタ発振器
Ｂ  プレ利得フィルタ
Ｃ  電力利得段
Ｄ  ポスト出力フィルタ
【図１】
2004524706.tif 000002
【図２】
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【図３】
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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】
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