(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマレーザーシステムにおいて、
1)  ２つの間隔をおいた細長い電極と、
2)  少なくとも１つの希ガスとフッ素を含むレーザーガスと、
3)  各々がウィンドーを収容する２つのウィンドーハウジングとを有する、
Ａ）レーザーチャンバ、
Ｂ）前記２つの間隔をおいた電極の間にレーザーガスを流すブロワー、
Ｃ）フッ素源、
Ｄ）金属フッ素トラップ、
Ｅ）吸収セルと、前記吸収セル内でＦ2ガスに比較的高い吸収を有するスペクトル範囲で光を生じるための紫外線重水素ランプとを備えるフッ素モニター、
Ｆ）前記レーザーガスの第１の小部分を前記ブロアーの下流で抽出して、前記第１の小部分を前記金属フッ素トラップへ向け、次に前記第１の小部分のうちの全て又は第２の小部分を前記吸収セルを通って、次に１つの前記ウィンドーハウジングへ向けるガスサンプリング循環システム、及び
Ｇ）前記フッ素モニターからの信号に基づいて、前記レーザーチャンバ内のフッ素ガスの濃度を規制するフッ素制御システム、を備え、
Ｈ）前記フッ素制御システムは、フッ素の流れを制御して、前記レーザーがフッ素濃度の範囲として定義される所定のスイートスポット内で作動するようにプログラムされ、前記スイートスポットは、電圧−Ｆ2濃度曲線の傾きに従って定義され、前記スイートスポットは、全てのビームパラメータを所望の範囲に保持しながら、波長、バンド幅、エネルギーのシグマ、パルスの時間プロファイルと空間プロファイルを含む群のビームパラメータの相対的重要さのトレードオフで決められることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記モニターが、光検出器と、紫外線光の一部を前記光源から前記吸収セルを通って前記光検出器に方向付ける光学システムを備える請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項３】
前記フッ素モニターが、参照セルを備える請求項２に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項４】
前記フッ素モニターが、フィルターデバイスを備え、該フィルターデバイスは、複数のフィルターと、前記複数のフィルターの各フィルターを順に前記紫外線光ビーム内に置く手段とを備える請求項３に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項５】
前記エキシマレーザーシステムはＫｒＦレーザーシステムであり、前記少なくとも１つの希ガスはクリプトンであり、バッファーガスとしてネオンを備える請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項６】
前記エキシマレーザーシステムはＡｒＦレーザーシステムであり、前記少なくとも１つの希ガスはアルゴンであり、バッファーガスとしてネオンを備える請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項７】
前記エキシマレーザーシステムはＦ2レーザーシステムである請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項８】
前記フッ素源は、ほぼ100％のフッ素源である請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項９】
前記フッ素モニターは音響モニターであり、少なくとも一部がＦ2ガスの比較的高吸収のスペクトル範囲にあるパルス光源を有し、前記吸収セル内の音響波をモニターするためのマイクロフォンを備える請求項１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１０】
前記吸収セルは、少なくとも１つの定在波を確立するように構成されている請求項９に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１１】
前記吸収セルは、前記少なくとも１つの定在波のノードに入口ポートと出口ポートとを備える請求項１０に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１２】
前記吸収セルは、前記パルス光源から光が出入り出来るように、２つのウィンドーを備え、前記２つのウィンドーの各々は、前記少なくとも１つの定在波のノード位置に位置する請求項１１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１３】
前記吸収セルは、軸を有する円筒形内部空洞を備え、前記軸上に位置する２つのウィンドーを備える請求項１１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１４】
前記吸収セルは、２つのバッファー空洞を備える請求項１３に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１５】
エキシマレーザーシステムにおいて、
1)  ２つの間隔をおいた細長い電極と、
2)  少なくとも１つの希ガスとフッ素を含むレーザーガスと、
3)  各々がウィンドーを収容する２つのウィンドーハウジングとを有する、
Ａ）レーザーチャンバ、
Ｂ）前記２つの間隔をおいた電極の間にレーザーガスを流すブロワー、
Ｃ）フッ素源、
Ｄ）金属フッ素トラップ、
Ｅ）吸収セルと、前記吸収セル内でＦ2ガスに比較的高い吸収を有するスペクトル範囲で光を生じるための紫外線重水素ランプとを備えるフッ素モニター、
Ｆ）前記レーザーチャンバから前記レーザーガスの第１の小部分を抽出して、前記第１の小部分を前記金属フッ素トラップへ向け、次に前記小部分を前記吸収セルを通るように方向付け、次に１つの前記ウィンドーハウジングへ向けるガスサンプリング循環システム、及び
Ｇ）前記フッ素モニターからの信号に基づいて、前記レーザーチャンバ内のフッ素ガスの濃度を規制するフッ素制御システム、を備え、
Ｈ）前記フッ素制御システムは、フッ素の流れを制御して、前記レーザーがフッ素濃度の範囲として定義される所定のスイートスポット内で作動するようにプログラムされ、前記スイートスポットは、電圧−Ｆ2濃度曲線の傾きに従って定義され、前記スイートスポットは、全てのビームパラメータを所望の範囲に保持しながら、波長、バンド幅、エネルギーのシグマ、パルスの時間プロファイルと空間プロファイルを含む群のビームパラメータの相対的重要さのトレードオフで決められることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記エキシマレーザーシステムはＫｒＦレーザーシステムであり、前記少なくとも１つの希ガスはクリプトンであり、バッファーガスとしてネオンを備える請求項１５記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１７】
前記エキシマレーザーシステムはＡｒＦレーザーシステムであり、前記少なくとも１つの希ガスはアルゴンであり、バッファーガスとしてネオンを備える請求項１５記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１８】
前記エキシマレーザーシステムはＦ2レーザーシステムである請求項１５に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項１９】
前記フッ素源は、ほぼ100％のフッ素源である請求項１５に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２０】
前記フッ素モニターは音響モニターであり、少なくとも一部がＦ2ガスの比較的高吸収のスペクトル範囲にあるパルス光源を有し、前記吸収セル内の音響波をモニターするためのマイクロフォンを備える請求項１５記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２１】
前記吸収セルは、少なくとも１つの定在波を確立するように構成されている請求項２０に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２２】
前記吸収セルは、前記少なくとも１つの定在波のノードに入口ポートと出口ポートとを備える請求項２１に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２３】
前記吸収セルは、前記パルス光源から光が出入り出来るように、２つのウィンドーを備え、前記２つのウィンドーの各々は、前記少なくとも１つの定在波のノード位置に位置する請求項２２に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２４】
前記吸収セルは、軸を有する円筒形内部空洞を備え、前記軸上に位置する２つのウィンドーを備える請求項２３に記載したエキシマレーザーシステム。
【請求項２５】
前記吸収セルは、２つのバッファー空洞を備える請求項２４に記載したエキシマレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、1998年1月30日出願の「エキシマレーザー用フッ素制御システム」という題の第09/016,525号、及び1998年7月20日出願の「自動フッ素制御システム」という題の第09/109,596号の一部継続出願である。本発明は、エキシマレーザーに関し、特にエキシマレーザーのレーザーガスを制御する装置と方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
エキシマレーザーは良く知られている。エキシマレーザーの重要な用途は、集積回路のリソグラフィー用の光源を提供することである。集積回路のリソグラフィー用にかなりの数が供給されているエキシマレーザーの種類は、248ｎｍの波長の紫外線を生じるＫｒＦレーザーである。同じようなエキシマレーザーであるＡｒＦレーザーは、193ｎｍの紫外線を供給し、Ｆ2レーザーは157ｎｍで作動する。これらのレーザーは、典型的には1,000Ｈｚ等のパルス繰返し数でパルスモードで作動する。レーザービームは、ゲイン媒体を含有するレーザーチャンバー内で発生する。このゲイン媒体は、長さ約28インチで約5/8インチ離れた２つの細長い電極の間をレーザーガスを通して放電することにより生じる。放電は、電極間に約20,000ボルト等の高電圧をかけることにより生じる。ＫｒＦレーザー用のレーザーガスは、典型的にはクリプトン約1％、フッ素0.1％、ネオン約99％である。ＡｒＦレーザー用のレーザーガスは、典型的にはアルゴン約3〜4％、フッ素0.1％、ネオン約96〜97％である。Ｆ2レーザーでは、Ｆ2約0.15％、残りＨｅである。どちらの場合も、約1,000Ｈｚの高いパルス繰返し数を達成するためには、ガスを約500〜1,000インチ／秒の速度で電極間を循環させる必要がある。
【０００３】
フッ素は最も反応性の元素であり、電気放電の間にイオン化されるとき更に反応性になる。フッ素耐性のあるニッケルめっきアルミニウム等のレーザーチャンバ材料内で使用するときは、特に注意する必要がある。更に、レーザーチャンバは、フッ素で前処理して、レーザーチャンバの内側上にパッシフィケーション(passification)層を作る。しかし、特別の注意をしても、フッ素は壁及び他のレーザー部品と反応して、金属フッ素汚染物質を生じ、その結果フッ素ガスが比較的規則的に消耗する。これらの消耗率は、多くの要因によるが、あるレーザーの有効寿命のある特定の時間においては、レーザーが作動していれば、消耗率は主にパルス繰り返し数と負荷率による。レーザーが作動していなければ、消耗率はかなり減少する。ガスが循環していなければ、消耗率はさらに減少する。この消耗を補うため、典型的には新しいフッ素が約1〜3時間の間隔で噴射される。純粋なフッ素を噴射するのではなく、典型的にはＫｒＦレーザー内にフッ素1％、クリプトン1％、ネオン98％の混合物を噴射する。例えば、リソグラフィーに使用する特別に処理した高品質1000ＨｚのＫｒＦエキシマレーザーでは、フッ素の消耗を補うために噴射されるフッ素、クリプトン、ネオン混合物の量は、レーザーが作動していずレーザーガスが循環していないときの約5ｓｃｃ／時間から、レーザーが1000Ｈｚで連続的に運転しているときの180ｓｃｃ／時間まで変化する。チャンバのファンがレーザーガスを循環しているがレーザーは点弧していないときの典型的な噴射速度は、約10ｓｃｃ／時間である。
【０００４】
単位「ｓｃｃ」は、「標準立方センチメートル」である。特定の体積内のフッ素の量を記述する他の通常使用される単位は、フッ素のパーセント（％）、百万分の一単位、キロパスカルである。後者は、しばしばフッ素ガス混合物の分圧を言う。（これは、1％フッ素ガス混合物が噴射される間に、レーザーチャンバ内に噴射されるフッ素の量は、測定されたチャンバ圧力の増加により（直接的に又は間接的に）求められるからである。）フッ素1％混合物を噴射速度195ｓｃｃ／時間で噴射することは、フッ素濃度が2時間で約0.10％から約0.087％に消耗することに対応する。純粋なフッ素のグラム数で測定して、2時間で消耗した実際のフッ素の量は、2時間の時間で約17ｍｇであり、これはフッ素ガス混合物の320ｓｃｃ／時間以上の噴射速度（即ち、2時間の間隔で1％フッ素混合物の390ｓｃｃ噴射）に対応する。
【０００５】
集積回路のリソグラフィーでは、典型的な動作モードでは、1000Ｈｚで10ｍＪ／パルス等の一定のパルスエネルギーのレーザーパルスが必要であり、これがウェハに約300パルス等のバースト（約300ミリ秒の持続時間）で、バースト間の不動作時間を数分の一秒〜数秒としてかけられる。動作モードは、1日24時間連続、1週間7日を数ヶ月間続け、メンテナンスと修理のための計画的なダウンタイムを例えば1週間又は2週間に8時間とるようにしても良い。それゆえ、これらのレーザーは、非常に信頼性があり実質的に故障がないものでなければならない。
【０００６】
リソグラフィーに使用する典型的なＫｒＦとＡｒＦエキシマレーザーでは、フッ素濃度が実質上約0.08％〜0.12％の範囲で、ＫｒＦに付いて約10ｍＪ／パルス、ＡｒＦに付いて5ｍＪ／パルスの所望のパルスエネルギーの高品質の再現可能なパルスを得ることが出来る。通常のレーザー作動範囲で、所望のパルスエネルギーを生じるのに必要な放電電圧は、（他のレーザーパラメータがほぼ一定と仮定して）フッ素濃度が減少すると増加する。図１は、10ｍＪと14ｍＪの一定のパルスエネルギーに付いて、放電電圧とフッ素濃度の間の典型的な関係を示す。15ｋＶ〜20ｋＶの範囲の放電電圧は、典型的にはフィードバックシステムにより制御される。このフィードバックシステムは、所望のレーザーパルスエネルギーを生じるのに（パルス圧縮−増幅回路で）必要な放電電圧を生じるのに必要な充電電圧（約550Ｖ〜800Ｖの範囲）を計算する。それゆえ、このフィードバック回路は、電源に「コマンド電圧」信号を送信し、充電電圧パルスを供給する。
【０００７】
従来技術では、典型的には放電電圧とフッ素濃度の間の関係を使用して、フッ素が連続的に消耗しても一定のパルスエネルギーを保持してきた。従来技術のエキシマレーザーの放電電圧は、非常に迅速で正確に変化させることが出来、また電気的フィードバックで制御して一定のパルスエネルギーを保持することが出来る。過去においては、フッ素濃度の正確で精密な制御は、困難であった。それゆえ、典型的な従来技術のＫｒＦとＡｒＦレーザーシステムでは、フッ素濃度は約1〜5時間の間減少するままにされ、一方放電電圧はフィードバック制御システムにより調整され、一定のパルスエネルギー出力を保持した。約1から数時間の間隔で周期的に、数秒間の短い噴射時間の間フッ素が噴射される。従って、通常の動作では、フッ素濃度は、（例えば）約1から数時間の間に約0.1％から約0.09％に次第に減少し、一方充電電圧は、同じ時間に例えば約600Ｖから約640Ｖに増加する。約1から数時間の終期（電圧は約640Ｖまで動いている）にフッ素を噴射することにより、フッ素濃度は約0.10％まで戻り、（一定のパルスエネルギーを保持する）フィードバック制御は、自動的に電圧を600Ｖまで減少させる。この基本的なプロセスは、典型的には数日間繰り返される。噴射は、典型的には、特別に作られた制御アルゴリズムに基づいて制御器により制御されて、自動的に実行される。
【０００８】
図２に示すように、従来のエキシマレーザーは、典型的にはチャンバガスの流れの一部を金属フッ素トラップを通して迂回させ、汚染を除去する。レーザービーム2は、ラインナローイングモジュール(line narrowing module)（ＬＮＭ）8と出力カプラー（ＯＣ）10により定義される共振空洞内のチャンバ6内の電極4（図２には上部電極のみを示す）間のゲイン媒体中で生じる。レーザーガスは、接線ブロアーにより電極4の間を循環する。循環する流れの小部分は、ブロアー12の下流のポート14で引出され、金属フッ素トラップ16を通って方向付けられ、クリーンなガスがウィンドーハウジング18と20を通って、チャンバに戻され、ウィンドーにレーザーのデブリが付かないようにする。各レーザーパルスの非常に小部分は、ビームスプリッター22とパルスエネルギーモニター24によりサンプリングされ、非常に速いフィードバック制御ループで、制御器26が、高電圧充電回路28を調節することにより、電極放電電圧を制御し、パルスエネルギーを所望の範囲内に保持する。この高電圧充電回路は、充電電流を電圧圧縮増幅回路30に供給し、それが次に非常に高電圧の電気パルスを電極4間にかける。長期間にわたって、制御器26は、ガス制御器27を通じて、制御弁32でフッ素噴射を調節することにより、チャンバ6内のフッ素濃度を制御する。特別の制御アルゴリズムにより、周期的に所定の量のフッ素が噴射される。高電圧が所定の限度まで増加するか、又は所定数のパルス（例えば3百万パルス）の後に噴射するとき、又は所定の時間が経過した後（例えば、レーザーなしで6時間）、又はパルスと時間と電圧の組合せにより、これらの噴射は要求される。典型的には、２つのガス源を使用できる。ＫｒＦレーザー用の典型的なフッ素源34は、Ｆ21％、Ｋｒ1％、Ｎｅ98％である。チャンバを初期に又は再度充填するとき、又は何等かの理由によりＦ2濃度が高くなりすぎると、Ｋｒ1％、Ｎｅ99％のバッファーガス源36からも、制御器26により弁38を通じてガスを出すことが出来る。レーザーガスは、弁40を通って排気することが出来、チャンバは真空ポンプ42により真空引きすることが出来る。排気ガスは、Ｆ2トラップ44によりＦ2をクリーニングされる。
【０００９】
図３は、上述した従来技術のフッ素噴射技術の結果を示す。電圧値は制御電圧コマンドの平均値を表し、間接的に充電電圧の平均値を表す。数日間の期間で、コンタミネーションはレーザーガス内に次第に蓄積するので、通常は、約5〜10日の間隔でレーザー中のほぼ全てのガスを新しいレーザーガスで置換することが好ましい。
【００１０】
上述した従来技術は、今日有効に使用され、これらのエキシマレーザーを製造の環境で長期間信頼性をもって運転される。しかし、バンド幅、ビームプロファイル、波長安定性等の幾つかのレーザーパラメーターは、放電電圧とフッ素濃度の変動により悪影響を受ける。
【００１１】
エキシマレーザーのフッ素濃度を上述した従来技術で得られるより狭い限度内に制御するために、かなりの数の技術が提案され、特許が与えられた。これらの技術は、一般に商業的には行われなかった。従来技術の商業用エキシマレーザーは、典型的にはフッ素モニターを有さない。長期間、良く安価で信頼性がある実時間のフッ素モニターの必要性があった。
【００１２】
光ビームで微量ガスの濃度を測定する技術は、良く知られている。1つのこのような技術は、光検出器を使用して、ビームが吸収セルを通過するときビームの吸収を求める。アレキサンダーグラハムヒルにより発見されたことで良く知られている技術では、強度調整された光ビームにより吸収セル内で音波を作る。Optimal Optoacoustic Detector Design, Lars-Goran Rosengren, Applied Optics Vol.14, No.8/August 1975、及び Brewsters Window and Windowless Resonance Spectrophones for Intercavity Operations, R.Gerlach and N.Amer, Appl. Phys.23,319-326(1980)を参照。
【００１３】
ＫｒＦとＡｒＦエキシマレーザーにおけるフッ素の消耗の問題を扱うより良いシステムと方法の必要がある。
【００１４】
（発明の概要）
本発明は、実時間のフッ素モニターと自動フッ素制御システムを有するエキシマレーザーシステムを提供し、レーザーチャンバ内のフッ素濃度の正確な制御を可能にする。
【００１５】
本出願人は、パルスエネルギー安定性、波長安定性、バンド幅等のビームパラメーターは、フッ素濃度の変化に非常に敏感であることを見出した。又、経験からレーザーは時が経つと、ビームパラメーターの最適な組合せをを与えるフッ素濃度も変化することが分かった。また、背景技術の部分で述べたように、レーザーの寿命のある特定の点で、フッ素濃度が増加すると放電電圧が減少することは良く知られていて、またレーザー寿命は高放電電圧と高フッ素濃度の両方により短くなることは良く知られている。従って、良いビームパラメーターを保証し、また長いレーザー寿命を達成する目的で、フッ素濃度を注意深く選択する必要性がある。この選択は、聡明なトレードオフの決定を含み、いったんこれらのトレードオフの決定が為されると、フッ素濃度の「スイートスポット」が求められ、これはフッ素濃度の最も好ましい範囲を表す。このスイートスポットが求められると、レーザーをフッ素濃度のスイートスポット内で作動させることが重要である。これは、フッ素濃度をモニターし自動制御システムにフィードバック信号を提供するフッ素モニターを提供することにより行われ、レーザーをスイートスポット内で作動させる。クリーニングされたレーザーガスが、金属フッ素トラップの出口ポートで取り出され、1つのチャンバウィンドーハウジングを通ってチャンバへ戻る前に、Ｆ2サンプルセルを通るようにされる。ＵＶ光ビームがＦ2サンプルセルを通るようにされ、光の吸収量が測定される。
【００１６】
好適な実施例では、吸収は光検出器でセルを通過する光量を検出することにより測定される。光検出器はフィードバック信号を供給し、レーザー制御器がこの信号を使用して、チャンバ内のフッ素濃度を所望の範囲内に自動的に制御する。他の好適な実施例では、音響検出器が吸収された光パルスによる音響信号を検出する。本発明は、フッ素濃度のほぼ実時間の測定を行う。
【００１７】
（好適な実施例の詳細な説明）
（フッ素のＵＶ吸収）
Ｆ2は、280〜290ｎｍの範囲の紫外線光に比較的強い吸収を示し（最大吸収は、284.5ｎｍで吸収係数3.5×１０-4（ｃｍｔｏｒｒ-1））、一方Ｋｒ、Ｎｅ、Ａｒ、及び予想レベルのエキシマレーザー不純物は、この範囲で実質上透明である。従って、ガス混合物を通過するＵＶ光ビームの減衰を測定すると、フッ素濃度を求めることが出来る。
【００１８】
（第１の好適な実施例）
図４を参照して、本発明の第１の好適な実施例を記述する。この実施例では、図２に示す従来技術のレーザーシステムを改善した。フッ素モニターとフィードバック制御を加え、レーザーコンピュータ制御が、フッ素濃度をモニターして制御出来るようにし、レーザーがいつも所望のフッ素濃度範囲内で作動することを保証するようにした。
【００１９】
我々は、金属フッ素トラップ16からレーザーウィンドーハウジング18へ行くライン46にタップを設け、左半分からの清浄なガスの流れを金属トラップ16のＦ2サンプルセル48内へ向ける。ガスは、約600ｃｃ／秒の流速で、直径１／２インチのＦ2サンプルセル48を通り、次にレーザーハウジング18へ戻る。セル48に隣接して、セル48と同じ構成の参照セル50が組込まれる。セル50は、ソース52からのＮ2でレーザーチャンバ6とほぼ同じ圧力にされる。30ワットの（モデル63163）重水素ランプ54（コネチカット州スタンフォードに事務所があるOriel Corporationから得られる）が、160ｎｍまでの紫外線ビームを供給する。レンズ56がランプ54からのビームを平行にし、ビームは４ミラーのセパレーター58により2つのビームに分割され、新しいビームの１つはＦ2サンプルセル48を通り、新しいビームの他の１つは参照セル50を通過する。2つのビームは、200Ｈｚで駆動される５ブレードのファンであるチョッパー60によりチョップされ、４ミラーのコンバイナー62により再度方向付けされ、交互に半値全幅帯域通過（ＦＷＨＭバンドパス）10±2ｎｍ、中心280ｎｍのフィルター64により濾波され、（Melles Griot Model O3FIM018が好適である）、光増殖管66（ＰＭＴ）（この実施例では、Oriel Model 77348）によりモニターされる。光増殖管66からの信号は、ガス制御器27により解析され、フッ素濃度を求め、次にフィードバックルーチンの作動弁32（及び必要により弁38）へ行き、フッ素濃度を所望の範囲に保持する。弁32は、ｃｍ3／分の範囲の流れが可能な非常に低流量制御弁であることが好ましい。より急速な噴射又は初期の充填には、弁33を使用することが出来る。
【００２０】
両方のセルのウィンドーは、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）である。両方のセルは、公知の技術を使用して校正するのが好ましい。真空状態で両方のセルを通る透過を測定し、ガスによる吸収がゼロの基準点を確立するのが好ましい。また、２つ又はそれ以上の公知のＦ2混合物を使用して、セルを校正するのが好ましい。また、システムはベールランバート（Beer-Lambert）の法則を使用して校正することが出来る。
Ａ＝ｌｏｇ10（Ｉ0／Ｉ）＝εｃｌ
ここに、Ａ  吸光度            Ｉ0  ＵＶビームの初期強度
ε  モル吸収係数      Ｉ    ＵＶビームの最終強度
ｃ  吸収材料の濃度    ｌ    吸収セルの長さ
Ｆ2の濃度又はＦ2の分圧は、上の式を使用して得ることが出来る。
【００２１】
（第２の好適な実施例）
図５を参照して、本発明の第２の好適な実施例を記述する。この場合、単一のセル48のみを使用するが、第１の好適な実施例のように設定されるのが好ましい。参照セルの代りに、この実施例では、吸収が公知である少なくとも２つのフィルターを使用して、システムを校正する。好適な装置では、回転フィルター57を使用する。この正面図を図６に示す。回転フィルター57は、3つのブレードを備え、その１つ57Aはブロックであり、57Bは公知の比較的低い吸収を有し、57Cは公知の比較的高い吸収を有する。ステップモーターが、回転フィルター57を制御するのが好ましい。システムは、レーザーシステム全体を真空に引き、ビーム経路に各フィルターブレードを入れ、又経路にブレードを入れないでデータをとることにより校正される。所望により、チャンバと参照セル内に公知のＦ2濃度で校正点を得ることが望ましい。
【００２２】
（第３の好適な実施例）
（音響モニター）
図８に、本発明の第３の好適な実施例を示す。この実施例では、Ｄ2ランプ80からの光は、図１０に示すように、240ｎｍから340ｎｍの範囲のＦ2ガスに高吸収を有するＵＶ光を透過するように選択されたフィルター82で濾波される。ビームは、コンデンサーレンズ84により平行にされ、偏光子92によりＦ2セル90のウィンドー86と88に対してＰ偏光され、チョッパー94によりチョップされ、2885Ｈｚでパルス化されたパルスビームを生じる。Ｆ2セル90は、円筒形で、内径Ａは20ｃｍで、ウィンドーが12.6ｃｍの直径Ｂ上にある。ビームは、ウィンドー86,88と、ＣａＦ2ウィンドー（247ｎｍで屈折率約1.47）では約56°であるブルースター（Brewster）角度で交差し、ウィンドー88の内面での反射を防止する。この結果、セルの長さＣは、8.3ｃｍとなる。トラップ16からのガスは、セル90の音波の定在波のノード96Aと96BでＦ2セル90に出入りする。この定在波は、パルス化されたＵＶ光ビームのガス中での吸収によるＦ2ガスの周期的膨張により生じる。セル90からのガスは、チャンバウィンドーハウジング18を通ってチャンバ6へ戻る。セル90の軸上に位置するマイクロフォン（Ｍ）98が、セル内のＦ2濃度の関数である音響信号を検出する。チョップする周波数2885Ｈｚは、上述のチャンバの寸法に基づき、ネオンガスの温度50℃は、チャンバ6内のレーザーガスの通常の公称温度である。マイクロフォン98からの信号は、ガス制御器27が使用して、以前に記憶した校正データと比較してＦ2濃度を計算する。セル90の共振周波数は、温度とガス組成により変化するので、チョッパーの周波数は、共振条件を保持するように調節しなければならない。これは、音響信号の強度を最大にすることにより、又は好ましくは位相検波方法（位相ロックループ）を使用することにより行われる。（この実施例の別の利点は、正確な共振周波数を使用して、ＫｒＦレーザーのＫｒ又はＡｒＦレーザーのＡｒの濃度を求められることである。この目的のためにＦ2検出器を使用するには、校正データはＮｅバッファー内のＫｒとＡｒの公知の量を使用して得るのが好ましい。）
【００２３】
又は、所望により、ガス制御器が、校正データを使用して温度変化に対して、計算した濃度値を修正することが出来る。ガス制御器27は、ガス源34（及び場合により36）から、弁32（及び場合により38）を通るガスの流れを制御し、チャンバ内のＦ2濃度を所定の所望の濃度に保持する。
音響の定在波がセル90内で発生し、寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、ガス温度、対応するパルス周波数の全てが、適正に合わされ定在波を作ることが重要である。下の表Ｉに示すパラメータに基づいて、他の形状を使用することも出来る。
【００２４】
表Ｉ
0003880314.tif 000002
【００２５】
（第４の好適な実施例）
図９に、本発明の第４の好適な実施例を示す。この実施例は、第３の好適な実施例に非常に近似している。この場合、Ｄ2ランプからの光は、セルの軸に沿ってセル90Xを通過する。Ｄ2ランプ80からの光は、バッファーチャンバ95と97に取り付けられたブルースターのウィンドー86Xと88Xを通ってセルに出入りする。レーザーガスは、第３の好適な実施例と同様にノード96Aと96Bで出入りする。
この場合、マイクロフォン98Xは、セルの周辺上に取り付けられる。セルの内面寸法は、Ｃの値に制限がないことを除いて、表Iに示すのと同様である。
【００２６】
融解石英ウィンドーを使用することが出来、融解石英の屈折率に基づいて調節する必要がある。チョップ周波数の式は、ネオンバッファーに基づく。他のガスでは、式は、
0003880314.tif 000003
である。
ここに、Ｔは、°Ｋ、Ａが0℃におけるｃｍであれば、Ｃｏはガス中の音の速度ｃｍ／ｓである。同じセルで、バッファーとしてヘリウムを使用すると、周波数は6401Ｈｚである。第３の好適な実施例と同様、この実施例では、周波数フィードバック制御ループは、図９に99で示すように設け、チョッパー周波数を連続的に調節するることが出来、最大音響信号を保持することが出来る。これを行う技術は、色々あり良く知られている。これは、周波数範囲を周期的に走査し、最大音響信号に対応する周波数を選択することにより、又はΔシグナル／ΔＦの最小勾配を選択するように周波数をディザすることにより行うことが出来る。
【００２７】
（一定のパルスエネルギーのための放電電圧とフッ素濃度の関係）
「スイートスポット」
背景の部分に記載し図１に示したように、所望のパルスエネルギーを保持するのに必要な放電電圧は、レーザーの所望の作動範囲内で、フッ素濃度の単調減少関数である。従来技術では、図３に示すように、パルスエネルギー出力をほぼ一定に維持する間に、放電電圧のかなり大きな振動が起こる。しかし、放電電圧とフッ素濃度の大きい振動は、波長、バンド幅、エネルギーのシグマ（パルスエネルギー変化に対する小さいパルスの尺度）、パルスの時間プロファイルと空間プロファイル等の重要なレーザービームパラメーターが変化する。一般に、放電電圧−フッ素濃度（一定エネルギーで）曲線上に「スイートスポット」があり、そこで上述のビームパラメータが最適となる。このような「スイートスポット」は、レーザーのオペレーターが全てのビームパラメーターを所望の仕様範囲に保持しながら、どのビームパラメータがより重要であるかをトレードオフで決めることが出来る。「スイートスポット」を求めるプロセスは、米国特許出願第08/915,030号に記載されていて、この出願をここに参照する。
【００２８】
このプロセスは、次のように要約される。
1.  レーザーを多量のフッ素で満たし、所望のパルスエネルギーが生じ、充電電圧が充電電圧範囲の上限近くになるようにする。
2.  充電電圧（又は、実際の充電電圧の優れた推定値として制御電圧を使用する）、ライン幅、エネルギーのシグマを測定する。
3.  チャンバ圧力が2ｋＰａ減少するまで、レーザーガス（約0.09％フッ素）を抜く。1％のフッ素を十分に加えることにより、チャンバ圧力を2ｋＰａ増加させる。
4.  ステップ2.を繰り返す。
5.  放電電圧が下限に近くなるまで、ステップ3.と4.を繰り返す。
6.  データをプロットし、フッ素濃度のスイートスポットを決める。
【００２９】
表ＩＩは、典型的なデータを示し、このデータは図１０に示され、285Ｐａ（純粋フッ素）について、スイートスポットは28.5ｋＰａ（Ｆ2は1％を表す）が選択される。図４と５に示す実時間のフッ素モニターを使用して、表Ｉに含まれるモニターによりフッ素濃度値がモニターされた。
【００３０】
表ＩＩ
0003880314.tif 000004
【００３１】
（フッ素モニターなしでフッ素の「スイートスポット」内で作動する）
いったん、スイートスポットが求められると、その中での作動は、次のようにして行われる。
(1)  パルスエネルギーをモニターし、フィードバック機構を提供し、非常に急速に自動的に、パルスエネルギーを所望の非常に狭い範囲に保持するのに必要なように、放電電圧を調節する。
(2)  次に、放電電圧(又は制御電圧)をモニターし、充電電圧とフッ素濃度の曲線から求めた放電電圧を所望のスイートスポット内に保持するのに必要なように、フッ素を噴射する。
【００３２】
本発明はその好適な実施例を参照して記述したが、当業者により、多くの変形、修正を行うことが出来る。当業者は、ＫｒＦエキシマレーザーに付いて上述した原理は、ＡｒＦエキシマレーザーにも適用できることを理解するであろう。フィードバック制御システムを使用して、ほぼ実時間でフッ素濃度を変化させ、時間変化を有するレーザービームを生じ、又はビームパラメータを一定に保持し、ある効果を補償するようにフッ素の変化を選択することも出来る。そうしないと、ビーム出力の時間変化を生じてしまう。従って、本発明の精神と範囲内に入る全てのこのような変形と修正は、請求の範囲に入ることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  放電電圧と、フッ素濃度と、パルスエネルギーの間の典型的な関係を示す。
【図２】  従来技術のエキシマレーザーシステムの概略図である。
【図３】  従来技術の作動するレーザーのパルスカウントの関数としてのフッ素濃度の図である。
【図４】  本発明の好適な実施例を示す概略図である。
【図５】  本発明の好適な実施例を示す概略図である。
【図６】  回転するフィルターデバイスの図である。
【図７】  フッ素濃度を最適化する曲線を示す。
【図８】  本発明の好適な実施例を示す概略図である。
【図９】  本発明の好適な実施例を示す概略図である。
【図１０】  Ｆ2吸収スペクトルのグラフである。
【図１】
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【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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