JP2000058944A - 高信頼性・モジュラ製造高品質狭帯域高繰り返しレ―トｆ２レ―ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高信頼性・モジュラ製造高品質狭帯域高繰り
返しレートＦ₂レーザの提供 【解決手段】 モジュールには、レーザチャンバ２１
１、３つのモジュールを含むパルスパワーシステム、線
狭帯域化モジュール及び出力カプラモジュールからなる
光学共振器、ウェーブメータモジュール、電気的制御モ
ジュール、冷却水モジュール、及びガス制御モジュール
を含む。重要な改良が、より早い立ち上がり時間及び改
良されたパルスエネルギ制御を作り出すためのパルスパ
ワーユニットに提供されている。これらの改良は、正確
な電圧トリミングに関する電圧ブリードダウン回路を備
える増加したキャパシティ高電圧電源２０８と、高電圧
電源によってチャージされたキャパシタから高電圧パル
スを生成させ、単一の４つのセグメントのステンレスス
チールロッドからなる２次巻線を有する非常に早い電圧
トランスで約２３倍にパルス電圧を増幅する改良された
整流子モジュール２０９とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願は、1999年3月17日
に出願された米国特許出願シリアル番号09/271,041号Re
liable, Modular, Production Quality Narrow-Band Hi
gh Rep Rate ArF Excimer Laserと、1998年3月1日に出
願された米国特許出願シリアル番号09/041,474号Reliab
le, Modular, Production Quality Narrow-Band KrF Ex
cimer Laserと、1997年12月22日に出願された米国特許
出願シリアル番号08/995,832号Excimer Laser Having P
ulse Power Supply with Fine Digital Regulationと、
1997年7月18日に出願された米国特許出願シリアル番号0
8/896,384号Wavelength Reference for Excimer Laser
と、1997年9月29日に出願された米国特許出願シリアル
番号08/939,611号protective Overcoat for Replicated
Diffraction Gratingsと、1998年3月4日に出願された
米国特許出願シリアル番号08/947,474号Pulse Energy C
ontrol for Excimer Laserと、1998年5月20日に出願さ
れた米国特許出願シリアル番号09/082,139号Narrow Ban
d Excimer Laser with Gas Additiveと、1998年9月18日
に出願された米国特許出願シリアル番号09/157,067号Re
liable, Modular, Production Quality Narrow Band Hi
gh Rep Rate Excimer Laserと、1998年9月28日に出願さ
れた米国特許出願シリアル番号09/162,341号Line Narro
wingApparatus with High Transparency Prism Beam Ex
panderと、1998年10月2日に出願された米国特許出願シ
リアル番号09/165,593号Wavelength System for an Exc
imer Laserと、1998年12月7日に出願された米国特許出
願シリアル番号09/206,526号Wavelength Reference for
Laserと、1998年12月15日に出願された米国特許出願シ
リアル番号09/211,825号High Pulse Rate Power System
with ResonantPower Supplyと、1998年12月21日に出願
された米国特許出願シリアル番号09/217,340号Durable
Etalon Based Output Couplerと、の一部継続出願であ
り、これらの全てをリファレンスとしてここに組み入れ
る。本発明は、レーザに関し、特に狭帯域ＡｒＦエキシ
マレーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＫｒＦエキシマレーザ フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザは、集積回
路リソグラフィ産業の役に立つ光ソースに現在なってい
る。ＫｒＦレーザは、約２４８ｎｍの狭帯域波長を備え
るレーザビームを作り出し、約１８０ｎｍと同じくらい
小さい寸法の集積回路を作るのに使用される。フッ化ア
ルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザは、ＫｒＦレーザと非
常に似ている。主な違いは、レーザガス混合と、出力ビ
ームのより短い波長である。基本的に、アルゴンはクリ
プトンを置換し、その結果、出力ビームの波長は１９３
ｎｍである。このことにより、集積回路の寸法が約１２
０ｎｍまで更に減少する。１５７ｎｍでのＦ₂ビームに
よりパターン解像度の実質的な改良ができるので、Ｆ₂
レーザは、集積回路リソグラフィ産業において長らくＫ
ｒＦ及びＡｒＦの後継者として認識されていた。これら
のＦ₂レーザは、ＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザと多
少の変形を伴い非常に似ており、Ｆ₂レーザとして作動
させるために従来技術のＫｒＦ又はＡｒＦレーザと交換
することが可能である。集積回路の製造で使用される典
型的な従来技術のＫｒＦエキシマレーザを、図１及び図
２に示す。この従来技術のレーザのレーザチャンバの断
面を図３に示す。高電圧電源３によって動力が供給され
るパルスパワーシステム２は、電気的パルスを、放電チ
ャンバ８に配置された電極６に提供する。典型的な技術
水準のリソグラフィレーザは、約１０ｍＪ／パルスのパ
ルスエネルギで約１０００Ｈｚのパルス周波数で作動す
る。約３気圧で（約０．１％フッ素、１．３％クリプト
ン、残りはバッファガスとして作用するネオンであるＫ
ｒＦレーザ用の）レーザガスは、約１０００インチ／秒
の速度で電極の間の空間を介して循環する。これは、レ
ーザ放電チャンバに配置された垂直ブロワー１０でなさ
れる。レーザガスは、チャンバにまた配置された熱交換
器１１と、チャンバの外側に取り付けられた冷却プレー
ト（図示せず）とで冷却される。エキシマレーザの自然
のバンド幅は、線狭帯域化モジュール１８によって狭帯
域化される。市販のエキシマレーザシステムは典型的に
は、システムの休止を妨害することなく迅速に交換され
うる種々のモジュールからなる。主なモジュールは以下
のものを含む： レーザチャンバモジュール 高電圧電源モジュールを備えるパルスパワーシステム 整流子モジュール及び高電圧圧縮ヘッドモジュール 出力カプラモジュール 線狭帯域化モジュール ウェーブメータモジュール 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

【０００３】電極６はカソード６Ａとアノード６Ｂとか
らなる。アノード６Ｂは、図３の断面に示したアノード
支持バー４４によってこの従来技術の実施形態において
支持される。フローは向かって時計回りである。アノー
ド支持バー４４の一つの角及び一つの端は、電極６Ａ及
び６Ｂの間に流すようにブロワー１０からの空気を強制
するためのガイド羽根として役立つ。この従来技術のレ
ーザにおける他のガイド羽根を、４６，４８及び５０で
示す。穴が開けられた電流リターンプレート５２は、ア
ノード６Ｂをチャンバ８の金属構造に接地するのを助け
る。プレートは、レーザガスフローパスに配置された大
きな穴（図３では図示せず）で穴が開けられており、電
流リターンプレートはガスフローに実質的に影響しな
い。個々のキャパシタ１９のアレイからなるピークキャ
パシタは、パルスパワーシステム２によって各パルスの
前にチャージされる。電圧がピークキャパシタにビルド
アップする間、２つのプレイオン化装置５６は、電極６
Ａ及び６Ｂの間でレーザガスを弱くイオン化させ、キャ
パシタのチャージは約１６，０００ボルトに達すると
き、電極の放電は、エキシマレーザパルスを生成するよ
うに生成される。次の各パルスに関して、ブロワー１０
によって生成され、約１インチ／ミリ秒の電極間のガス
フローは、１ミリ秒後に生じる次のパルスに関して丁度
良く電極間で新鮮なレーザガスを提供するのに十分であ
る。

【０００４】典型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は、各パルスのレーザ
エネルギを測定し、所望のパルスエネルギからの偏差の
度合いを判断し、次のパルスのエネルギが所望のエネル
ギに近くなるように電源電圧を調節するようにコントロ
ーラに信号を送信する。従来技術のシステムでは、この
フィードバック信号は、アナログ信号であり、レーザ環
境によって作り出されたノイズに曝されやすかった。こ
のノイズによって、誤った電源電圧が提供されることに
なり、続いて出力レーザパルスエネルギにおける増加の
変化を生じさせ得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらのエキシマレー
ザは、典型的には、メンテナンスのために予定されたほ
んの短い供給停止を伴って、１日２４時間、１週７日
間、数ヶ月間、連続で作動することが要求される。これ
らの従来技術のレーザで経験したある問題は、過度の消
耗と、ブロワベアリングの不定期の故障である。集積回
路産業において、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザでは得られな
い集積回路の解像度を与えることができるモジュラ、高
信頼性製造ライン高品質Ｆ₂レーザの必要性がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、１０００乃至
２０００Ｈｚ又はそれ以上の範囲における繰り返し数
で、約１ｐｍ又はそれ以下の半値幅を備える１０ｍＪよ
り大きなパルスエネルギを備えるレーザパルスを作り出
すことができる、高信頼性、モジュラ、プロダクショ
ン、高品質Ｆ₂エキシマレーザを提供する。本発明の好
ましい実施形態は、１０乃至４０ワットの範囲における
パワー出力を備える１０乃至５ｍＪの範囲におけるパル
スエネルギを備える１０００乃至４０００Ｈｚの範囲で
作動しうる。照射源としてこのレーザを使用する際、ス
テッパ又はスキャナ装置は、０．１μｍ又はそれ以下の
集積回路解像度を作り出す。交換可能なモジュールに
は、レーザチャンバ、モジュラーパルスパワーシステム
を含む。

【０００７】従来技術のエキシマレーザを超える重要な
改良が、より早いチャージを作り出すためのパルスパワ
ーユニットに提供されている。これらの改良は、増加し
たキャパシティ高電圧電源と、高電圧電源によってチャ
ージされたキャパシタから高電圧パルスを生成させ、単
一の４つのセグメントのステンレススチールロッドから
なる２次巻線を有する非常に早い電圧トランスで約２３
倍にパルス電圧を増幅する改良された整流子モジュール
とを含む。（ここでは「ポット及びパン」設計と呼ぶ）
圧縮ヘッド可飽和インダクタに関する新規な設計が、要
求されるトランスオイルの量を著しく減少させ、過去で
は事故を引き起こしたオイル漏れの可能性を事実上取り
除く。

【０００８】より高いパルス周波数及び改良された性能
を許容するレーザチャンバにおける改良は、単一のプレ
イオン化装置チューブの使用を含む。好ましい実施形態
では、レーザは、２つの外部プリズムのセットを使用し
てＦ ₂１５７．６ｎｍラインに調整される。第２の好ま
しい実施形態では、レーザは広帯域で作動し、１５７．
６ｎｍラインは、共鳴キャビティに対して外側に選択さ
れる。第３の好ましい実施形態では、０．２ｐｍの線幅
が、注入シードを使用して提供される。

【０００９】本発明の他の実施形態は、セラミックベア
リングを含む。任意に、磁気ベアリングが利用されう
る。ベアリングの反力は、アノード支持バーのエアロダ
イナミクス曲線を提供することによって低減されうる。
他の改良は、破壊的音響衝撃波を生成するレーザチャン
バに関して音響バッフルの使用を含む。内部キャビティ
ビームライン及び出力ビームラインが完全にシールさ
れ、窒素パージされることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】第１の好ましい実施形態 本発明の好ましい実施形態を図面を参照して記載する。

【００１１】モジュラーレーザ設計 本発明の好ましい実施形態の正面図を図４にそれぞれ示
す。この図は、修理、交換及びメンテナンスのためにモ
ジュールの非常に迅速な交換をすることができる特定の
発明のモジュラー特性を強調している。この実施形態の
主な特徴を、図４に示した参照番号に対応させて以下に
羅列する。 ２０１ レーザ遮蔽 ２０２ ガスモジュール ２０３ 冷却水供給モジュール ２０４ ＡＣ／ＤＣ配電モジュール ２０５ 制御モジュール ２０６ 線狭帯域モジュール ２０７ 圧縮ヘッド ２０８ 高電圧パルス電源モジュール ２０９ パルス電源供給のための整流子モジュール ２１０ フッ化金属トラップ ２１１ レーザチャンバ ２１３ 波長モジュール ２１４ 自動シャッタ ２１６ 出力カプラ ２１７ ブロワーモータ ２１８ フッ化金属トラップ電源 ２１９ ステータスランプ ２２０ ２４ボルト電源 ２２１ チャンバウィンドウ ２２２ ガス制御可撓性接続 ２２４ 通気ボックス

【００１２】好ましい実施形態 本発明の好ましい実施形態は、図１，２及び３に記載さ
れたレーザの改良されたバージョンである。この好まし
い実施形態は以下の改良を包含する： １）単一チューブ大型プレイオン化装置が、効果的に改
良されたより良いプレイオン化と、電極の間での改良さ
れたレーザガスフローとを提供するために、２つのチュ
ーブプレイオン化装置の従来技術の組み合わせを置換
し； ２）シリコンフリー・ファンブレードが、１片加工され
たブレードであり； ３）個体物理パルスパワーシステムが、より早い立ち上
がり時間を作り出すために修正され、より調和したパル
スを提供し、より高い電圧で改良されたレーザ効率を提
供し； ４）パルス電源装置のチャージ電圧のより精密な制御
と； ５）パルスエネルギ及びバーストエネルギのより改良さ
れた制御を提供する新しいアルゴリズムを備えたコンピ
ュータ制御プログラムと； ６）電極空間が１０ｍｍまで減少された。

【００１３】チャンバ改良 単一プレイオン化チューブ 図６に示すように、単一の大型プレイオン化装置５６Ａ
で、図３に示した２つのプレイオン化装置チューブ５６
を置換する。単一チューブプレイオン化装置は、１９９
８年２月１７日に発行された米国特許第5,719,896号の
記載に従って製造され、ここにリファレンスとして組み
入れられる。出願人は、１つのプレイオン化装置だけで
十分であるだけでなく、非常に驚くべきことに２つのプ
レイオン化装置設計よりも改良された性能を提供するこ
とを発見した。この実施形態では、プレイオン化装置は
電極の上流に配置される。出願人は、１つのチューブプ
レイオン化装置が、放電の改良された空間的安定性を提
供することによってパルス間の安定性を改良すると判断
した。

【００１４】いま図７を参照すると、このプレイオン化
装置は、チューブの一体化コンポーネントとしてここに
組み入れられたアンチトラッキング溝１７０を備えるブ
ッシング要素１８０を有する一体化チューブ設計を利用
する。ロッド部分１４５、及び、プレイオン化装置のブ
ッシング部分１８０のＯＤは１／２インチである。内部
コンダクタロッド１４６は、7/37インチの直径を有し、
地面と接続させるためのブッシング部分を介して延びる
接続ワイヤは約１／１６インチの直径である。前のプレ
イオン化装置チューブ設計は、ロッド部分が直径約１／
４インチであり、ブッシングの直径が約１インチである
という、２つ直径設計を利用した。これは、製造目的に
関して、ブッシングコンポーネントをチューブコンポー
ネントと結合させるための結合プロセスを必要とした。
一定の直径でより薄いチューブ設計は、従来の設計ルー
ルに反しており、容量をより小さくするためにイオン化
の減少を予測しうる。殆どの設計では、チューブ厚は選
択された材料の絶縁強度に依存する。当業者は、従来技
術のプレイオン化チューブ設計技術が高絶縁強度を備え
る材料を選択することであり、この容量と適合させるた
めに壁厚を決定することと認識する。例えば、サファイ
ア材料は、１２００ボルト／ミルから１７００ボルト／
ミルまでの範囲の絶縁強度を有することが知られてい
る。それ故、０．０３５インチの絶縁厚は、レーザが２
５ｋＶで作動するならば、２の安全ファクタを提供す
る。この設計は、低容量を生み出すが、しかしながら、
レーザ作動のこの減少した容量の実際の影響は無視でき
うることを発見し、電極ギャップの幾何学的な放射の測
定は驚くべきコトに増加する。一定の直径、より薄いチュ
ーブ壁、一体化ブッシング設計のため、材料の単一ピー
スはアンチトラッキング溝１７０を提供するように加工
される。出願人が兆候純度材料を使用し続けても、単一
ピース構造のため、超高純度（即ち、９９．９％）ポリ
クリスタル半透明酸化アルミニウムセラミックを使用す
る必要はない。ブッシング１８０とチューブ１４５との
間の一体関係を人工的に作り出すために、拡散結合のた
めに準備したチューブ幾何学の困難な表面研磨を実行す
る必要はない。実際に、高純度は材料の多孔性と同じく
らい重要な特徴ではないことは分かっている。より高多
孔性で更に絶縁強度が低下することが見いだされた。そ
の結果、市販グレードセラミックは、少なくとも９９．
８％の純度を備えるのが好ましく、Coors Ceramics Com
panyによって製造されたような材料番号AD-998Eのよう
な低多孔性であり、３００ボルト／ミルの絶縁強度で使
用される。以前に記載したようにそこに配置されるアン
チトラッキング溝１７０を有するブッシング１８０は、
カソードから地面１６０までチューブの表面に沿って軸
線方向の高電圧トラッキングを妨げるように作動する。

【００１５】上述の通り、出願人は単一のプレイオン化
装置が２つのプレイオン化装置よりも劇的に良く作動す
ることを発見し、上で説明したように、第１の好ましい
実施形態は電極の上流に単一のプレイオン化装置を配置
する。出願人はまた、下流に配置された単一のプレイオ
ン化装置で実験をし、所定のブロワー速度で、この配置
が、２つのチューブ配置で上流に配置されたものよりも
実質的に良いパルスエネルギ安定性を作り出すことを発
見した。

【００１６】高効率チャンバ レーザの効率を改良するためにチャンバに対して改良が
なされた。アルミナ、Al₂O₃を包含する単一ピースカソ
ード絶縁体５５Ａは、図６Ａに示したように上部チャン
バ構造からカソードを絶縁する。従来技術の設計では、
８つの別々の絶縁体が、絶縁体の熱膨張ストレスのため
の絶縁体のクラッキングを回避するために必要であっ
た。この重要な改良によって、チャンバのヘッド部分
が、ピーク容量８２のカソード８３の間の距離を著しく
減少させることができる。ピーク容量アレイ８２を形成
する個々のキャパシタ５４Ａは、従来技術と比較してカ
ソードにより近く水平に移動する。単一ピース絶縁体と
チャンバ構造との間の熱膨張の差を減少させるために、
上部チャンバ８Ａは、アルミニウムよりもAl₂O₃に近い
熱膨張係数を有するＡＳＴＭ Ａ３Ｃスチールから製造
されている。チャンバ８の底部８Ｂはアルミニウムであ
るが、出願人は、ＡＳＴＭ Ａ３Ｃスチールとアルミニ
ウムとの間の熱膨張の差が問題ではないことを理解して
いる。スチールとアルミニウムの両方のパーツはニッケ
ル被覆されている。市販のリソグラフィレーザ用の従来
のカソードは、典型的には図３に示したようなカソード
支持バー５３によって支持されている。この好ましい実
施形態では、カソード支持バーは削除され、カソード８
３が僅かに薄くされ、単一ピース絶縁体５５Ａの上に直
接取り付けられる。カソード８３は、ロッド８３Ａ及び
接続ナット８３Ｂを介して１５のフィードによってピー
クキャパシタ８２の高電圧側８２Ａに接続される。好ま
しい実施形態では、新しいアノード支持バー８４Ａが、
従来技術のアノード支持バーよりも実質的に大きく、ガ
スフロー領域に配置されたフィン８４Ｂを含む。これら
の特徴の両方は、アノードの温度変動を最小にする。

【００１７】金属シール 出願人は、従来技術のエラストマシールがフッ素ガスと
反応し、レーザ性能を低下させるレーザガスの汚染物を
生成することを発見した。本発明の好ましい実施形態
は、レーザチャンバを密封するために全て金属シールを
使用する。好ましい金属シールは、錫メッキインコネル
１７１８シールである。

【００１８】モネル電流リターン及び羽根 出願人はまた、ステンレススチールの要素がまた、レー
ザガスの汚染物を生成するようにフッ素と反応すること
を発見した。それ故、この好ましい実施形態では、従来
技術のステンレススチール電流リターン構造及びガスフ
ロー羽根は、モネル電流リターン２５０及びモネルフロ
ー羽根２５２及び２５４と置換される。

【００１９】音響バッフル 出願人は、２０００Ｈｚ又はそれ以上で作動する狭帯域
エキシマレーザによって作り出されたレーザビームの質
の歪の著しい原因が、チャンバ構造の要素から電極の間
の空間に戻るように反射される１つのパルスの放電によ
って生成される音響衝撃波であり、０．５ミリ秒後に生
じる次のパルスのレーザビームを歪ませる。ここ（図６
Ａ参照）に記載した実施形態は、レーザチャンバの両側
に角度がつけられており溝がついた音響バッフル６３Ａ
及び６４Ａによってこの影響を実質的に最小にする。こ
れらのバッフルは、音響エネルギの一部を吸収し、音響
エネルギの一部を電極から離れるようにレーザチャンバ
の下部領域の方へ下げるように反射させる。この好まし
い実施形態では、バッフルは、幅０．１ミル、深さ０．
３ミル、間隔０．２ミルの溝を備える金属構造に加工さ
れ、深さ０．３ミルの溝を図６Ａのバッフル６３で示
す。これらのバッフルは、音響衝撃波によって生じたパ
ルス品質の歪を実質的に低減させるために実際のテスト
によって示されている。

【００２０】出願人はまた、音響衝撃の影響が、放電に
おけるストリーマーを減少させることによって最小にさ
れることを発見した。実際に、本発明の好ましい実施形
態において、変化は、（以前に議論した）チャンバヘッ
ドと、音響バッフルを必要としないように音響衝撃を減
少するように設計された新しいプレイオン化装置でなさ
れた。

【００２１】ファン改良 本発明のこの好ましい実施形態は、従来技術のガスサー
キュレータにおける大きな改良を含んでおり、レーザの
性能を大きく改善する。これらの改良は、鑞付けなしの
ブロワーブレード構造の構築である。共鳴の影響を大幅
に低減する非対称ブレード配置と、改良されたベアリン
グである。

【００２２】シリコンフリー・ファンブレード構造 出願人は、ブロワーブレード構造において一般に使用さ
れる鑞付材料がレーザチャンバにおけるSiF₆の主なソー
スであることを発見した。このガスは、ＫｒＦレーザの
レーザ性能を著しく低下させるが、ＡｒＦレーザ及びＦ
₂レーザに関しても総合的にひどいものである。出願人
はこの問題に対して４つの解決手段を確認した。第１
に、ブレード構造を、材料（この場合ではアルミニウ
ム）の固体ブロックから部分的に加工する。別の解決手
段は、部分的にブレード構造を鋳造することである。次
いで、セグメントは、新しい材料を追加することなく電
子ビーム溶接を使用して互いに溶接される。それは、ブ
レードをフレーム構造に結合させることによってブレー
ド構造を製造するのにも適しているが、この場合、結合
は従来技術の鑞付プロセスの代わりに電子ビーム溶接に
よってなされる。第４の方法は、シリコンフリーはんだ
を使用したはんだ付プロセスを使用してブレードをフレ
ーム構造に結合することである。アルミニウム６０６１
は、全てのコンポーネント部品のベース材料として使用
されている。次いで、これらのパーツは、はんだ付プロ
セスの前に銅メッキされる。全てのパーツが組み立てら
れるとき、ファンは次いで、真空炉内で典型的には９１
％錫（Ｓｎ）及び９％亜鉛（Ｚｎ）で低温はんだを用い
て互いにはんだ付けされる。このはんだは、シリコンの
欠乏、及び、銅メッキされたアルミニウムと作用する能
力のために選択される。組立られ、はんだ付けされたフ
ァンは次いで、ニッケルめっきされる。この製造方法
は、製造が安価な非シリコンファンを生み出す。

【００２３】共鳴の影響の低減 従来技術のブロワーブレード構造は、２３の長手ブレー
ドと垂直なブロワーが構成されていた。これらのブレー
ドは、構造の周りで対称に取り付けられる。実質的な共
鳴の影響は、ファンパラメータと実際のレーザ性能の両
方に関して測定される。レーザビームの摂動は、ファン
の回転周波数の２３倍で音響波に対応して示される。ベ
アリング性能での逆の影響はまた、ファンの回転周波数
の２３倍に対応して測定される。

【００２４】ファン構造設計における改良は、図１４Ａ
に示したような非対称ブレード配置を必要とする。ファ
ンブレード構造が１６の個々に加工されたもので形成さ
れ、若しくは、２３のブレードを備える各セグメントを
有するカートセグメントである図１４Ｂに示したような
変形実施形態は、360°／（15×23）だけ、又は、隣接
するセグメントに対して約１°だけ各セグメントを回転
することである。ファンブレード構造製造に対する鋳造
アプローチ又は加工において比較的容易にすることがで
きる別の改良は、図１４Ｃの３２０で示したようにエア
ーフォイル内にブレードを形成することである。従来技
術のブレードはスタンプされ、スタンプされたブレード
の２つの断面を３１４で比較して示す。３１８及び３３
０で示された回転の方向は、ブレード構造円周を表す。
従来のブレードが均一の厚さであるのに対して、エアー
フォイル・ブレードは、周囲リード端、密集中央部、及
び、テーパー跡端を包含するテア形状プロファイルを有
する。

【００２５】ベアリング改良 本発明の実施形態は、従来技術を超える別の２つの改良
ベアリングのうちの１つを使用することができる。 セラミックベアリング 本発明の好ましい実施形態は、セラミックベアリングを
包含する。好ましいセラミックベアリングは、化学合成
された潤滑油、好ましくはパーフルオロポリアルキルエ
ーテル（ＰＦＰＥ）で潤滑された窒化シリコンである。
これらのベアリングは、従来技術のエキシマレーザファ
ンベアリングと比較して実質的に長い寿命を提供する。
更に、ベアリング又は潤滑油のいずれも、高い反応フッ
素ガスによって著しく影響されない。

【００２６】磁気ベアリング 本発明の別の好ましい実施形態は、図５に示したような
ファン構造を支持する磁気ベアリングで作られる。この
実施形態では、ファンブレード構造１４６を支持するシ
ャフト１３０は、アクティブ磁気ベアリングシステムに
よって順番に支持され、ブラシのないＤＣモータ１３０
によって駆動され、モータのロータ１２９及び少なくと
も２つのベアリングのロータ１２８がレーザキャビティ
のガス環境内に密封され、モータスタータ１４０と、磁
気ベアリングマグネットのコイル１２６がガス環境の外
側に配置される。この好ましいベアリング設計はまた、
ガス環境の外側に配置されたコイルをも有するアクティ
ブ磁気スラストベアリング１２４を包含する。

【００２７】エアロダイナミック・アノード支持バー 図３に示したように、ブロワー１０からの従来技術のガ
スフローは、アノード支持バー４４によって電極６Ａと
６Ｂとの間に流れるように付勢される。しかしながら、
出願人は、図３に示したような支持バー４４の従来技術
の設計が、チャンバの振動の結果ブロワベアリングに移
動して、ブロワに実質的なエアロダイナミック反力を生
じさせることを発見した。出願人は、これらの振動力が
ブロワベアリングの摩擦の原因であり、不定期ののベア
リング故障の可能性があることを推察した。出願人は他
の設計をテストし、幾つかを図１２Ａ乃至１２Ｅに示
し、その全てのものが長時間にわたって分配することに
よってエアロダイナミック反力を減少させ、反力は支持
バー４４の端の近くでブレードが通る各時間を生じさせ
る。出願人の好ましいアノード支持バー設計のうちの一
つを図６Ａに８４Ａで示す。この設計は、アノード温度
節約を最小にする実質的により大きな質量を有する。ア
ノード及びアノード支持バーの総量は約３．４ｋｇであ
る。また、この設計は、アノードに追加の冷却を提供す
るフィン８４Ｂを包含する。出願人のテストは、音響バ
ッフル及びエアロダイナミックアノード支持バーの両方
が、ガスフローが制限されるようにガスフローを僅かに
減少させ、これらの２つの改良の利用はトレードオフの
解析を含む。これらの理由に関する２つの改良は、図６
Ａに示すが、図６にはない。

【００２８】パルスパワーシステム ４つのパルスパワーモジュールの機能的記載 好ましいパルスパワーシステムが、図８Ａ及び８Ｂに示
したような４つの別々のモジュールに製造され、各々が
エキシマレーザシステムの重要なパーツとなり、各々は
パーツ故障又は通常予防メンテナンスプログラムの間の
発生の際に迅速に置換することができる。これらのモジ
ュールは出願人によって設計された、高電圧電源モジュ
ール２０、整流子モジュール４０、圧縮ヘッドモジュー
ル６０、及び、レーザチャンバモジュール８０である。

【００２９】高電圧電源モジュール 高電圧電源モジュール２０は、ソース１０から３００ボ
ルトＤＣに２０８ボルト３相プラントパワーを変換する
ために３００ボルト整流器２２を包含する。インバータ
２４は、１００ｋＨｚ乃至２００ｋＨｚの範囲で、整流
器２２の出力を高周波数３００ボルトパルスに変換す
る。周波数及びインバータ２４の周期は、システムの究
極的な出力パルスエネルギのコース規則を提供するため
に、ＨＶ電源制御ボード２１によって制御される。イン
バータ２４の出力は、ステップアップトランス２６にお
いて約１２００ボルトまでステップされる。トランス２
６の出力は、標準的なブリッジ整流器回路３０及びフィ
ルタキャパシタ３２を有する整流器２８によって１２０
０ボルトＤＣに変換される。回路３０からのＤＣ電気的
エネルギは、図８Ａに示したようにインバータ２４のオ
ペレーションを制御するＨＶ電源制御ボード２１によっ
て指示されるように整流子モジュール４０においてキャ
パシタ４２をチャージする８．１μＦＣ₀をチャージす
る。ＨＶ電源制御ボード２１内のセットポイントは、レ
ーザシステム制御ボード１００によって設定される。

【００３０】読者は、図８Ａに示したようなこの実施形
態において、レーザシステムに関するパルスエネルギ制
御が電源モジュール２０によって提供されることに注意
すべきである。整流子４０及び圧縮ヘッド６０における
電気回路は、２０００回／秒のレートで電気的パルスを
形成し、パルス電圧を増幅し、パルスの間の時間で圧縮
させるために電源モジュール２０によってチャージキャ
パシタ４２にストアされた電気的エネルギを利用するた
めに単に役に立つ。この制御の例として、図８Ａは、制
御ボード１００におけるプロセッサ１０２が、充電サイ
クル中、固体物理スイッチ４６によって下流回路から絶
縁される充電キャパシタ４２に正確に７００ボルト提供
するための電源を制御することを示す。スイッチ４６の
クロージャーの近くにある整流子４０及び圧縮ヘッド６
０における電気回路は、制御ボード１００におけるプロ
セッサ１０２によって決定される必要がある正確なエネ
ルギで次のレーザパルスを提供するために必要な電極８
３及び８４にわたって、キャパシタ４２にストアされた
電気的エネルギを正確な電気的放電パルスに非常に迅速
に且つ自動的に変換する。

【００３１】整流子モジュール 整流子モジュール４０は、Ｃ₀チャージキャパシタ４２
を有し、この実施形態では、８．１μＦの総容量を提供
するために並列に接続されたキャパシタのバンクであ
る。電圧分割器４４は、電気的パルスに形成され、整流
子４０及び圧縮ヘッド６０に圧縮され及び増幅されたと
き、ピークキャパシタ８２と、電極８３及び８４に所望
の放電電圧を作り出す電圧（「制御電圧」と呼ぶ）にキ
ャパシタ４２のチャージを制限するように制御ボード２
１によって使用されるＨＶ電源制御ボード２１に対して
フィードバック電圧信号を提供する。

【００３２】（２０００Ｈｚパルス／秒のパルス周波数
で約３ジュール及び１６，０００ボルトのレンジで電気
的パルスを提供するように設計された）この実施形態で
は、（図８Ｆ１に示したような）約２５０マイクロ秒
が、８００ボルトまで充電キャパシタ４２をチャージす
るために電源２０に関して要求される。それ故、整流子
制御ボード４１からの信号が、充電キャパシタＣ₀にス
トアされた３ジュールの電気エネルギを１６，０００ボ
ルトに変換する非常に早いステップを示す固体物理スイ
ッチ４４を閉じるとき、所望の電圧で十分に充電され、
安定する。この実施形態に関して、固体物理スイッチ４
６は、ＩＧＢＴスイッチであるけれども、ＳＣＲｓ、Ｇ
ＴＯｓ、ＭＣＴｓ等のような他のスイッチ技術も使用可
能である。６００ｎＨチャージインダクタ４８は、スイ
ッチ４６がＣ₀充電キャパシタ４２を放電するように閉
じている間、スイッチ４６を介して電流を一時的に制限
するように固体物理スイッチ４６と直列である。

【００３３】パルス生成ステージ 高電圧パルスパワー生成の第１ステージは、パルス生成
ステージ５０である。パルスを生成するために、充電キ
ャパシタ４２のチャージは、ＩＧＢＴスイッチ４６を閉
じることによって図８Ｆ２に示すように約５μ秒の時点
でＣ₁８．５μＦキャパシタ５２にスイッチされる。

【００３４】圧縮の第１ステージ 可飽和インダクタ５４は、キャパシタ５２にストアされ
た電圧を初期状態としてオフに保持し、次いで、圧縮６
１の第１のステージに関して、図８Ｆ３に示したよう
に、約５５０ｎｓの間の遷移時間で、１：２３ステップ
アップパルストランス５６を介してキャパシタ５２から
Ｃ_p-1キャパシタ６２までチャージの移動をすることが
できる飽和状態になる。

【００３５】パルストランス５６の設計を以下に示す。
パルストランスは、７００ボルト１７，５００アンペア
５５０ｎｓパルスレートを１６，１００ボルト７６０ア
ンペア５５ｎｓパルスに非常に効果的に遷移し、圧縮ヘ
ッドモジュール６０においてＣ_p-1キャパシタバンク６
２に非常に一時的にストアされる。

【００３６】圧縮ヘッドモジュール 圧縮ヘッドモジュール６０は更にパルスを圧縮する。 圧縮の第２ステージ （約１２５ｎＨ可飽和インダクタンスを備える）Ｌ_p-1
可飽和インダクタ６４は、おおよそ５５０ｎｓの間、１
６．５ｎＦＣ_p-1キャパシタバンク６２に電圧をオフに
保持し、次いで、レーザチャンバ８０の頂部に配置され
た１６．５ｎＦＣ_pピークキャパシタ８２で（約１００
ｎｓ）Ｃ_p-1にチャージを流すことができ、電極８３及
び８４、及び、プレイオン化装置５６Ａと並列に電気的
に接続される。Ｃ_pピークキャパシタ８２をチャージす
るための５５０ｎｓ長パルスの１００ｎｓ長パルスへの
この変換により、図８Ａの６５に示したような圧縮の第
２及び最後のステージを作ることができる。

【００３７】レーザチャンバモジュール 約１００ｎｓ後、チャージは、レーザチャンバモジュー
ル８０の一部として頂部に取り付けられたピークキャパ
シタ８２に流れはじめ、ピークキャパシタ８２の電圧
は、約１４，０００ボルトに達し、電極間で放電をはじ
める。最後の約５０ｎｓの放電の間、エキシマレーザの
光学的共鳴チャンバ内でレイジングが生じる。光学共鳴
チャンバは、図８Ａの８６として示された２つのプリズ
ム波長セレクタ及びＲ−ｍａｘミラーと一緒に、出力カ
プラ８８によってこの例では包含されるライン選択パッ
ケージ８６によって構成される。このレーザパルスは、
狭帯域であり、２０乃至５０ｎｓ、約１０ｍＪの１５７
ｎｍパルス、２０００パルス／秒までの繰り返し数であ
る。パルスはレーザビーム９０を構成し、ビームのパル
スは、図８Ａに全て示したようなフォトダイオード９２
によってモニタされる。

【００３８】パルスエネルギの制御 フォトダイオード９２からの信号は、制御ボード１００
のプロセッサ１０２に転送され、プロセッサは、このエ
ネルギ信号と、次の及び／又は更なるパルスに関するコ
マンド電圧を設定するために（パルスエネルギ制御アル
ゴリズムと名付けられた後の項で議論するような）好ま
しくは他の歴史的なパルスエネルギデータとを使用す
る。好ましい実施形態では、レーザは（約０.１秒のデ
ッドタイムで区切られ２０００Ｈｚで１００パルス０．
５秒バーストするような）一連の短いバーストで作動
し、制御ボード１００のプロセッサ１０２は、パルス間
のエネルギ変化を最小にするように、また、バースト間
のエネルギ変化を最小にするように次のパルスに関して
制御電圧を選択するために他の歴史的パルスプロファイ
ルデータと一緒にバーストにおける全ての前のパルスの
エネルギ信号と一緒に最も近いパルスエネルギ信号を使
用する特定のアルゴリズムでプログラムされる。この計
算は、約３５μｓの間、このアルゴリズムを使用して制
御ボード１００のプロセッサ１０２によって実行され
る。レーザパルスは、図８Ｆ３に示されたＩＧＢＴスイ
ッチ４６のＴ₀発火に続く約５μＳ生じ、約２０μｓは
レーザパルスエネルギデータを修正するために要求され
る。（スイッチ４６の発火の開始をＴ ₀と呼ぶ。）従っ
て、新しい制御電圧値はかくして、（２０００Ｈｚで発
火期間が５００μｓである）前のパルスに関してＩＧＢ
Ｔスイッチ４６の発火の後、約７０ミリ秒（図８Ｆ１に
示したように）準備される。エネルギ制御アルゴリズム
の特徴を以下に記載し、米国特許出願第09/034,870号に
より詳細が記載されており、ここにリファンレンスとし
て組み入れる。

【００３９】エネルギ回収（Recovery） この好ましい実施形態は、前のパルスからのチャージキ
ャパシタ４２への過剰なエネルギを回収する電気回路を
提供する。この回路は不用なエネルギを実質的に減少さ
せ、レーザチャンバ８０にリンギング後、事実上除去す
る。

【００４０】エネルギ回収回路５７は、エネルギ回収イ
ンダク５８及びエネルギ回収ダイオード５９を包含し、
図８Ｂに示したようにＣ₀チャージキャパシタ４２にわ
たって直列に接続される。パルスパワーシステムのイン
ピーダンスがチャンバのそれに精密に適合せず、チャン
バインピーダンスがパルス放電中に種々のオーダーで変
化するので、否定的な挙動「反射」は、チャンバからパ
ルス生成システムのフロントエンドの方に戻るように広
がるメインパルスから生成される。過剰エネルギが、圧
縮ヘッド６０及び整流子４０を介して戻るように広げら
れた後、スイッチ４６は、コントローラによってトリガ
信号の除去のために開けられる。エネルギ回収回路５７
は、ダイオード５９によってインダクタ５８における電
流の反転に対して固定されるような（Ｌ−Ｃ回路のリン
ギングの半分の回路がジャージキャパシタ４２及びエネ
ルギ回収インダクタ５８から作られる）共鳴フリーホイ
ーリングを介してチャージキャパシタ４２に負電圧を生
成する複数の反射を反転させる。得られる結果は、チャ
ンバ８０から反射された実質的に全てのエネルギが、各
パルスから回収され、次のパルスに関して利用されうる
ように準備された正チャージとしてチャージキャパシタ
４２にストアされることである。図８Ｆ１、２及び３
は、キャパシタＣ₀，Ｃ₁，Ｃ_p-1及びＣ_pのチャージを示
すタイムラインチャートである。チャートはＣ₀のエネ
ルギ回収のプロセスを示す。

【００４１】磁気スイッチバイアス 可飽和インダクタで使用される磁気材料の完全なＢ−Ｈ
曲線スイングを完全に利用するために、ＤＣバイアス電
流は、各インダクタがその時逆に飽和しているならば、
パルスがスイッチ４６を閉じることによって初期化され
る。

【００４２】整流子可飽和インダクタ４８及び５４の場
合では、これは、インダクタを介して（通常のパルス電
流フローの方向と比較して）後ろの方におおよそ１５Ａ
のバイアス電流フローを提供することによって達成され
る。このバイアス電流は、絶縁インダクタＬＢ１を介し
てバイアス電流ソース１２０によって提供される。実際
の電流フローは、整流子の接地を介して、パルストラン
スの１次巻線を介して、可飽和インダクタ５４を介し
て、可飽和インダクタ４８を介して、矢印Ｂ１によって
示されたようなバイアス電流ソース１２０に戻るように
絶縁インダクタＬＢ１を介して電源から移動する。

【００４３】圧縮ヘッド可飽和インダクタの場合では、
おおよそ５Ａのバイアス電流Ｂ２が、絶縁インダクタＬ
Ｂ２を介して第２のバイアス電流ソース１２６から提供
される。圧縮ヘッドで、電流は分裂し、大多数のＢ２−
１は可飽和インダクタＬｐ−１ ６４を介して進み、第
２のバイアス電流ソース１２６に戻るように絶縁インダ
クタＬＢ３を介して戻る。電流Ｂ２−２のより少ない部
分は、圧縮ヘッド６０及び整流子４０と接続するＨＶケ
ーブルを介し、グランドに対するパルストランス２次巻
線を介し、第２のバイアス電流ソース１２６に戻るよう
にバイアス抵抗を介して、戻るように移動する。この第
２の小さな電流は、パルストランスをバイアスするのに
使用され、それはまたパルスオペレーションに関してリ
セットされる。それそれ二股に分裂する電流の量は、各
パスにおける抵抗によって決定され、各パスがバイアス
電流の正しい量を受けるように故意に調整される。

【００４４】電流の方向 この実施形態では、我々は、システムを介して標準の３
相電源１０から電極、及び「順方向」として電極８４を
超えてグランドにパルスエネルギを流し、この方向を順
方向とする。我々が、順方向伝導である可飽和インダク
タのような電気的コンポーネントに言及するとき、我々
は、それが電極に向かう方向で「パルスエネルギ」を導
くように飽和するようにバイアスすることを意味する。
それが逆方向伝導であるとき、チャージキャパシタに向
かって電極から離れる方向でエネルギを導くように飽和
するようにバイアスされる。システムを介する電流（又
は電子の流れ）の実際の方向は、あなたがシステムの何
処にいるかに依存する。混乱の原因の可能性としてこれ
を除去するためにいま電流の方向を説明する。

【００４５】図８Ａ及び８Ｂを参照すると、この好まし
い実施形態では、Ｃ₀キャパシタ４２は、（例えば）＋
７００ボルトにチャージされ、スイッチ４６が閉じたと
き、電流はＣ₁キャパシタ５２に向かう方向でインダク
タ４８を介してキャパシタ４２から流れる（電子は実際
は反対の方向に流れることを意味している）。同様に、
電流はグランドに向かってパルストランス５６の１次側
を介してＣ₁キャパシタ５２から流れる。従って、電流
及びパルスエネルギの方向は、チャージキャパシタ４２
からパルストランス５６まで同じである。「パルストラ
ンス」と題した後の項目で説明するように、パルストラ
ンス５６の１次ループと２次ループの両方における電流
はグランドに向かう。結果として、（放電の（典型的に
は約８０％）の主な部分を表す）放電の最初の部分の
間、パルストランス５６と電極との間の電流はトランス
５６に向かう電極から離れるような方向である。それ
故、主な放電の間、電子の流れの方向は、グランドか
ら、インダクタ６４を介して一時的にＣp-1キャパシタ
６２に、一時的にＣpキャパシタ８２に２次パルストラ
ンス５６を介し、インダクタ８１を介し、放電プラズマ
を介して（放電カソードと呼ばれる）電極８４を介し、
電極８３を介し、グランドに戻るような方向である。従
って、主な放電中、パルストランス５６と電極８４及び
８３の間で、電子はパルスエネルギと同じ方向に流れ
る。放電の主な部分をすぐに流し、電流及び電子の流れ
は反転し、逆の電子の流れは、接地された電極８４を介
して、電極８３に対して電極間の放電空間を介して、ト
ランス５６からグランドまで回路を介して戻るように、
グランドから流れる。トランス５６を介して逆の電子の
流れの経路は、図８Ｆ２に質的に示したような最終的に
負のＣ₀にチャージするように（メインパルスの電流と
同じ方向で）パルストランス５６の「１次」側を介して
グランドからの電子の流れを伴うトランス５６の「１
次」ループにおける電流を作り出す。Ｃ₀の負のチャー
ジは、上述の「エネルギ回収」と名付けた項目で説明し
たように、図８Ｆ２に示したように反転する。

【００４６】パルスパワーコンポーネントの詳細な説明 電源 好ましい実施形態の電源部分の更に詳細な回路図を図８
Ｃに示す。図８Ｃに示したように、整流器２２は、１５
０ボルト乃至−１５０ボルトＤＣ出力のパルスを備える
６パルス相制御整流器である。インバータ２４は、実際
には３つのインバータ２４Ａ，２４Ｂ及び２４Ｃであ
る。インバータ２４Ｂ及び２４Ｃは、８．１μＦＣ₀チ
ャージキャパシタ４２の電圧がコマンド電圧より低い５
０ボルトのとき、ターンオフされ、インバータ２４Ａ
は、Ｃ₀４２の電圧がコマンド電圧を僅かに超えると
き、ターンオフされる。このプロシージャは、チャージ
の終わり付近のチャージレートを減少させる。セットア
ップトランス２６Ａ，２６Ｂ及び２６Ｃは、７ｋｗで各
々作動し、電圧を１２００ボルトＡＣに変換する。

【００４７】３つのブリッジ整流器回路３０Ａ，３０Ｂ
及び３０Ｃを示す。ＨＶ電源制御ボード２１は、１２ビ
ットディジタルコマンドをアナログ信号に変換し、それ
をＣ ₀電圧モニタ４４からのフィードバック信号４５と
比較する。フィードバック電圧がコマンド電圧を超える
とき、インバータ２４Ａを上述のようにターンオフし、
電源内にストアされたエネルギを消失させるためにＱ２
スイッチ３４を閉じ、電源に更なるエネルギが残らない
ようにＱ３絶縁スイッチ３６を開け、Ｃ₀の電圧がコマ
ンド電圧と等しくなるまでＣ０４２の電圧を絞るように
落とすようにＱ１ブリードスイッチ３８を閉じる。その
時、Ｑ１を開ける。

【００４８】整流子及び圧縮ヘッド 整流子４０及び圧縮ヘッド６０の主なコンポーネントを
図８Ａ及び８Ｂに示し、システムのオペレーションに関
して上で議論した。この項では、我々は整流子の製造の
詳細について記載する。

【００４９】固体物理スイッチ この好ましい実施形態では、固体物理スイッチ４６は、
ペンシルベニア州ＹｏｕｎｇｗｏｏｄのオフィスのＰｏ
ｗｅｒｅｘ，Ｉｎｃ．によって提供されるP/NCM 1000 H
A-28H IGBTスイッチである。

【００５０】インダクタ インダクタ４８，５４及び６４は、米国特許第5,448,58
0号及び第5,315,611号に記載されたものと同様な可飽和
インダクタである。好ましい可飽和インダクタの設計の
平面図及び断面図を図８Ｇ１及び８Ｇ２にそれぞれ示
す。この実施形態のインダクタでは、３０１，３０２，
３０３及び３０４のような金属片を除外するフラックス
を、インダクタにおける漏れフラックスを低減させるた
めに図８Ｇ２に示すように加える。このインダクタに対
する電流の入力は、キャパシタ６２にも接続されたバス
に対して３０５でのスクリュー接続である。電流は、垂
直な導体を介して４．５ループをなす。位置３０５か
ら、電流は、１Ａと名付けた中央の大きな直径の導体を
下がって進み、１Ｂと名付けた周囲の６つの小さな導体
を上がり、２Ａを下がり、２Ｂを上がり、全てのフラッ
クス除外要素を下がり、３Ｂを上がり、３Ａを下がり、
４Ｂを上がり、４Ａを下がり、電流は位置３０６に出
る。ハウジング６４Ａのようなポットは、高電圧電流リ
ードとして役立つ。可飽和コンダクタの「ふた（li
d）」６４Ｂはテフロンのような電気的に絶縁材料を包
含する。従来技術のパルスパワーシステムでは、オイル
絶縁電気的コンポーネントからのオイル漏れが問題であ
った。この好ましい実施形態では、オイル絶縁コンポー
ネントは、可飽和インダクタに対して制限され、オイル
は、上述したような高電圧接続出力リードである金属ハ
ウジング６４Ａを包含するポット状のオイルに包含され
る。全てのシール接続は、オイル漏れの可能性を実質的
に除去するためにオイルレベルの上に配置される。例え
ば、インダクタ６４における最低のシールを図８Ｇ２の
３０８に示す。フラックス除去金属コンポーネントがイ
ンダクタを介して電流パスの中央にあるので、電圧は、
フラックス除去金属パーツと他のターンの金属ロッドと
の間の空間を安全にオフに保持する際に下げることがで
きる。フィン３７０は、熱除去を増加させるために提供
される。

【００５１】キャパシタ キャパシタバンク４２，５２及び６２は、市場で入手可
能な在庫がある並列に接続されたキャパシタのバンクを
全て包含する。これらのキャパシタは、ジョージア州Ｓ
ｍｙｒｎａにオフィスがあるＭｕｒａｔａのようなサプ
ライヤから入手可能である。キャパシタ及びインダクタ
を接続する出願人の好ましい方法は、へ異国特許第5,44
8,580号に記載されたのと同様な仕方で厚手のニッケル
被覆された銅リードを有する特定のプリント回路基板の
正及び負のターミナルに対してそれらをはんだ又はボル
トでとめることである。

【００５２】パルストランス パルストランス５６はまた、米国特許第5,448,580号及
び第5,313,481号に記載されたパルストランスと同様で
あるが、この実施形態のパルストランスは、２次巻線及
び２３の別々の１次巻線の内側に一回まわるだけであ
る。パルストランス５６の図面を図８Ｄに示す。２３の
１次巻線の各々は、図８Ｄの底端に沿って示したよう
に、プリント回路基板５６Ｂの正及び負のターミナルに
ボルトで取り付けられた（各々がねじ山がつけられたボ
ルト穴を備えるフラット端を備える）２つのフランジを
有するアルミニウムスプール５６Ａを有する。絶縁体５
６Ｃは、隣接するスプールの負のターミナルから各スプ
ールの正のターミナルを分離する。スプールのフランジ
の間は、約１／３２インチの壁厚を備え、外径０．８７
５長さ1 1/16の中空シリンダである。スプールは、絶縁
されたＭｅｔｇｌａｓ（商標）ラッピングの外径が２．
２４インチになるまで、１インチ幅の０．７ミル厚のＭ
ｅｔｇｌａｓ（商標）２６０５Ｓ３Ａ及び０．１ミル厚
のマイラーフィルムで包まれる。一つの１次巻線を形成
する単一包囲スプールの斜視図を図８Ｅに示す。

【００５３】第２のトランスは、電気的ガラスのチュー
ブを絶縁するきつい取り付けに取り付けられた単一のス
テンレススチールロッドである。巻線は、図８Ｄに示し
たような４つの部分である。図８Ｄの５６Ｄに示したよ
うな第２のステンレススチールは、５６Ｅでプリント回
路基板５６Ｂのグランドリードに接地され、高電圧ター
ミナルを５６Ｆとして示す。上述のように、１次巻線の
＋ターミナルと−ターミナルとの間の７００ボルトパル
スが、１乃至２３ボルトトランスに関して第２の側のタ
ーミナル５６Ｆでマイナス１６,１００ボルトパルスを
生成する。この設計は、非常に早い出力立ち上がり時間
を許容する非常に低い漏れインダクタンスを提供する。

【００５４】レーザチャンバパルスパワーコンポーネン
ト Ｃ_pキャパシタ８２は、レーザチャンバ圧力ベッセルの
頂部に取り付けられた２８の０．５９ｎｆキャパシタの
バンクを包含する。電極８３及び８４はそれぞれ、約
０．５乃至１．０インチだけ間隔が隔てられた約２８イ
ンチ長の固体ブラスバーである。この実施形態では、頂
部電極８３はカソードであり、底部電極８４は、図８Ａ
に示したようにグランドに接続される。

【００５５】圧縮ヘッド取り付け 本発明のこの好ましい実施形態は、図８Ｈ１及び８Ｈ２
に示した圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図８Ｈ１は、
電極８３及び８４に関して圧縮ヘッドモジュール６０の
位置を示すレーザシステムの側面図である。この技術
は、圧縮リードチャンバ接続に関するインピーダンスを
最小にするように設計され、同時に圧縮ヘッドの迅速な
交換を容易にする。図８Ｈ１及び８Ｈ２に示したよう
に、接地は、図８Ｈ１の８１Ａ及び図８Ｈ２の８１Ｂに
示したように圧縮ヘッドの背面に沿っておおよそ２８イ
ンチ長のスロットタブ接続でなされる。スロットタブの
底部は、可撓性フィンガーストック８１Ｃで取り付けら
れる。好ましいフィンガーストック材料は、Ｍｕｌｔｉ
ｌａｍ（登録商標）と言う名前で売られている。

【００５６】高電圧接続は、可飽和インダクタ６４の６
インチ直径スムース底部と、図８Ｈ１の８９での可撓性
フィンガーストックのメイトアレイとの間でなされる。
上記のように、好ましいフィンガーストック材料はＭｕ
ｌｔｉｌａｍ（登録商標）である。この配置により、修
理又は予防メンテナンスのための圧縮ヘッドモジュール
の交換を約５分ですることができる。

【００５７】ガス制御モジュール この好ましい実施形態は、フッ素モニタの使用をせずに
選択したスイートスポット内にオペレーションをするこ
とができるフッ素制御システムである。この実施形態
は、図１６に対するリファレンスによって記載されう
る。

【００５８】フッ素欠乏 レーザチャンバ１は約２０．３リットルのレーザガスを
包含する。上述のように名目上、組成は０．１パーセン
トフッ素であり、残りは約４気圧の圧力でヘリウムであ
る。０．１パーセントフッ素は、０.００２３リットル
又は、４気圧での２．３ミルのフッ素の体積を表す。レ
ーザチャンバのフッ素の名目上の質量は、約１１０ｍｇ
である。純粋なフッ素の分圧は約４１１Ｐａであり、純
粋フッ素（１％フッ素混合の約４１ｋＰａに対応す
る）。（リソグラフィレーザに関して典型的である）約
４０％の装荷率でのレーザオペレーションでの通常の作
動中、フッ素は約４．５ｍｇ／時間の速度で欠乏する
（これは１時間あたりのチャンバー内のフッ素の約４％
に対応する）。純粋なフッ素の分圧に関して、フッ素の
この通常の欠乏速度は、約１６Ｐａ／時間である。１％
フッ素ガス混合を使用してこの欠乏を補うために、約
１．６ｋＰａ／時間と等しい混合の体積をチャンバに追
加しなければならない。

【００５９】レーザに関するフッ素欠乏速度は、少しも
一定ではない。レーザファンが作動しているがレイジン
グが起こっていないならば、フッ素欠乏速度は、おおよ
そ半分カットされる。ファンがシャットダウンしている
ならば、フッ素欠乏速度は、約１／４までカットされ、
４０％装荷率欠乏速度になる。１００％装荷率で、欠乏
速度は、４０％装荷率欠乏速度の約２倍である。

【００６０】ガス交換 上述のプロセスは基本的には、殆ど連続的に欠乏したフ
ッ素を置換する。フッ素ガスソースはたった１％フッ素
であるので、それはまた殆ど連続的にチャンバのＨｅの
一部を置換する。さもなければ、たとえレーザガスの一
部が実質的に連続的に置換されたとしても、このモード
の作動は、レーザの効率を低減させるレーザガスの汚染
物質のビルドアップを生じさせる。効率のこの低減は、
所望のパルスエネルギを維持するために、電圧の増加及
び／又はフッ素濃度の増加を要求する。この理由から、
従来技術のシステムでの通常の実施は、実質的に完全な
ガス交換をするためにレーザを周期的にシャットダウン
することが提案されていた。この実質的に完全なガス交
換は、再補給と呼ぶ。これらの期間は、再補給の間１０
０，０００，０００パルスのようなレーザパルスの数に
基づいて決定され、再補給時間は、最後の再補給又はパ
ルス及びカレンダー時間の組み合わせ以後のカレンダー
時間に基づいて決定される。また、再補給時間は、特定
のフッ素濃度で所望の出力を必要とするチャージ電圧の
大きさによって決定されうる。好ましくは、再補給後、
「スイートスポット」に関する新しいテストが実行され
るべきである。また、補給の間周期的に、スイートスポ
ットテストが実行されるべきであり、スイートスポット
が変化したならば、オペレータは何処が新しいスイート
スポットなのか知りうる。

【００６１】再補給は、以下に示すように図１６に示し
たシステムを使用して成し遂げられ得る。バルブ５１
０，５０６，５１５，５１２，５１７及び５０４が閉じ
ており、バルブ５０６及び５１２が開いており、真空ポ
ンプ５１３が開いており、レーザチャンバは１３ｋＰａ
いかの絶対圧力まで下げられる。（直接ポンプ引線が、
迅速な引きをするために、チャンバ１と真空ポンプ５１
３との間に提供されうる。）バルブ５１２は閉じてい
る。バルブ５１６は開いており、バッファガスボトル５
１６からの１００％Ｈｅバッファガスがチャンバを満た
すために５０℃で２６２ｋＰａに等しい圧力までチャン
バに加えられる。（この２０．３リットルレーザチャン
バに関して、温度補正は、５０℃からのチャンバ温度偏
差に関して１ｋＰａ／℃のΔＰ／ΔＴ補正を使用して近
似されうる。そのためチャンバ温度が２３℃ならば、そ
れは２４７ｋＰａまで満たされる。）バルブ５１７は閉
じており、バルブ５１５は開いており、１％Ｆｌ、９９
％Ｈｅの混合の量がチャンバを満たすために、５０℃で
２９０ｋＰａと等しい圧力までハロゲンリッチガスボト
ル５１４からチャンバに加えられる。（温度補正がなさ
れるべきであることに注意する。）これは、おおよそ
０．１％Ｆｌ及び９９％Ｈｅのチャンバにおけるガス混
合を提供する。チャンバが約５０℃まで加熱されると
き、圧力は約４気圧である。

【００６２】Ｎ₂パージシステム Ｏ₂は１５７ｍｎ光を強く吸収するので、Ｏ₂をビームパ
スから除去しなければならない。出願人は、従来技術の
システムを超える大幅に改良されたＮ₂パージシステム
を開発した。チャンバの外側にあるレーザに関する全て
の光学コンポーネントは窒素でパージされる。この窒素
システムは、大気圧を超えた約１０パスカルだけでレー
ザの作動中での圧力で作動される。この小さな圧力差
が、光学コンポーネントの圧力歪の影響を除去するのに
好ましい。パージされたコンポーネントは、線狭帯域化
モジュール、出力カプラ、ウェーブメータ及びシャッタ
アセンブリを含む。

【００６３】シールは、内径1/16インチチューブ、長さ
約６フィートで接続される全ての潜在的な漏れサイト出
力ポートで提供される。出力ポートを介するフローは、
パージシステムの適当な機能を保証するために監視され
る。内径1/16インチ、長さ６フィートのチューブを介し
て約４リットル／分の好ましいフロー速度が、所望のＮ
２圧力差に対応するための好ましいフロー速度である。

【００６４】レーザコンポーネント冷却 １０００乃至２０００Ｈｚの過剰の繰り返し数での作動
に特別に役立つ本発明の好ましい実施形態は、エキシマ
レーザを冷却するための図１３に示した一意的な冷却技
術を含む。

【００６５】レーザのコンポーネントは、図１３及び４
Ａの２２４で示したような穴に取り付けられたブロワー
によって作り出された僅かな真空で内側に維持された周
囲２４０に包含される。キャビネットは、キャビネット
の頂部付近にフィルタされた取り入れポート２４１と、
ガスケットドアの周りのような小さな漏れソースとを包
含し、レーザ包囲を介してルームエアーの流れは約２０
０立方フィート／分であり、レーザの熱生成コンポーネ
ントによって作り出された熱を除去するのに殆ど十分で
はない。（１００％装荷率でおおよそ１２ｋｗの）レー
ザによって作り出された不用な熱の大部分（おおよそ９
０％）は、図１３に示したように冷たい水システムによ
って除去される。

【００６６】この実施形態では、レーザの大部分の熱ソ
ースは、高電圧電源２０，整流子４０、圧縮ヘッド６
０、及びレーザチャンバ８０である。チャンバに関し
て、冷却された熱交換器の水がチャンバ内に配置され、
熱は循環レーザガスから冷却水による熱交換器に転換さ
れる。別の熱交換器（図示せず）がチャンバの外側表面
に取り付けられる。大部分の熱生成コンポーネント冷却
水の残りは、コンポーネントの位置にパイプ輸送され、
１又はそれ以上のファンは、図１３に示したようなコン
ポーネントに水−空気熱交換器を介して空気を付勢す
る。圧縮ヘッドに関して、循環は示したように包含され
るが、ＨＶＰＳ及び整流子に関して、次いで包囲の他の
部分を介して、熱交換器に戻るように再循環する前に、
他のコンポーネントをまた冷却するように循環はコンポ
ーネント上である。分割パン２４２及び２４３は、オー
プン加熱矢印２４４から穴２２４によって示されるパス
を介してフィルタ２４１から一般的な換気空気を案内す
る。

【００６７】この冷却システムは、水の供給線を除いて
ダクトはなく、熱交換器は内部にあり、且つレーザチャ
ンバに取り付けられ、レーザコンポーネントに接続され
る水の供給線はない。（レーザチャンバではない）全て
のコンポーネントが包囲内部について吹かれた空気によ
って冷却され、コンポーネントを取り付け交換すると
き、中断させる冷却接続はない。また、ダクトの必要性
の欠如が利用可能なコンポーネント及び包囲の内部の作
業スペースを著しく増大させる。

【００６８】パルスエネルギ制御アルゴリズム オペレーションのモード−チップリソグラフィ 本発明の実施形態は、新しいアルゴリズムを備えるコン
ピュータ制御プログラムを含み、パルスエネルギ及び総
バーストエネルギにおける従来技術の変化を実質的に減
少させる。改良された装置及びソフトウェア、エネルギ
シグマ及びバースト量変化を減少させる好ましいプロセ
スを以下に記載する。

【００６９】この明細書の従来技術の項目で述べたよう
に、バーストモードは、リソグラフィ製造集積回路にお
けるステッパ加工の光ソースとして使用されるエキシマ
レーザの作動の典型的なモードである。このモードで
は、レーザは、ウェハの一部を照射するために１１０パ
ルス生成するために約１１０ミリ秒間１０００Ｈｚの周
波数でパルスの「バースト」を作り出すように作動す
る。バースト後、ステッパは、ウェハ及びマスクを移動
させ、典型的には数分の１秒かけていったん移動が完了
したならば、レーザは他の１１０パルスバーストを生成
する。かくして、通常のオペレーションは、数分の１秒
のデッドタイムの後に続く約１１０ミリ秒のバーストで
ある。種々の時間で、他のオペレーションが実行できる
ように、より長いデッドタイム時間が提供されうる。こ
の基本的なプロセスが、典型的には１日当たり数百万の
バーストを作り出すレーザで、１日２４時間、１週７日
間、数ヶ月間連続する。上記のバーストモードにおい
て、ウェハの各部分が各バーストにおいて同じ照射エネ
ルギを受けることが通常は重要である。またチップメー
カは、パルス間の変化が最小にされることを望む。

【００７０】本発明のこの好ましい実施形態は、各パル
ス（パルスＮ−１）のエネルギを監視し、次いで、以下
の結果に基づいて次のパルス（パルスＮ）のエネルギを
制御する装置及びソフトウェアでこれらの目的を達成す
る： １）パルスＮ−１の測定されたエネルギと、目標パルス
エネルギとの比較 ２）パルスＮ−１を介してバーストの蓄積された量と、
パルスＮ−１を介した目標パルス量との比較。

【００７１】典型的なＦ２エキシマレーザでは、我々
は、バーストの最初の３０乃至４０ｍｓのエネルギが、
レーザガスの遷移の影響のため残りのバーストよりも典
型的には安定しないことを議論してきた。最初のパルス
から約４０ｍｓ後、一定電圧でパルスエネルギが比較的
一定である。これらの早い動揺を処理において、出願人
は、バーストを２つの賢明な領域に分割した；（例えば
４０パルスのような、多数の早めのパルスからなる）第
１の領域を「Ｋ」領域と呼び、（Ｋ領域に続くパルスか
らなる）第２の領域を、出願人はこの明細書では「Ｌ」
領域と呼ぶ。

【００７２】本発明のこの実施形態は、パルスエネルギ
制御のために従来技術のエキシマレーザ装置を利用す
る。各バーストの各パルスのパルスエネルギは、図８Ａ
に示したようなフォトダイオードによって測定される。
このフォトダイオードの全体の応答時間、及びそのサン
プル、及び回路をリセットするのに要求される時間を含
む保持回路は、５００ミリ秒よりも実質的に短い。各々
のおおよそ１５ｎｓパルスから生じる蓄積信号は、パル
スがオーバーした後、数ミリ秒ストアされ、この信号は
６回読み込まれ、平均は、パルスが始まった後、おおよ
そ１．０ミリ秒コンピュータコントローラ２２によって
ストアされる。バーストの前の個々のパルスの全ての蓄
積されたエネルギは、バーストドーズ値として呼ばれ
る。コンピュータコントローラは、目標パルスエネルギ
と、パルスＮ＋１に関する高電圧を特定するためのバー
ストドーズ値と一緒にパルスＮのパルスエネルギを表す
信号を利用する。この計算は、約２００ミリ秒要する。
Ｎ＋１に関する高電圧の値が決定されたとき、コンピュ
ータコントローラは、数マイクロ秒かかるパルスＮ＋１
に関するチャージ電圧を確立する図８Ａに示したような
高電圧電源の高電圧コマンド（ＶＣＭＤ）に信号を送信
する。コンピュータコントローラは、特定の電圧までキ
ャパシタＣ₀をチャージアップさせるために高電圧電源
を命令する。（２０００Ｈｚを超える高繰り返し数で
は、計算が完了する前に、チャージを開始するためにそ
れが望まれうる。）パルスＮからのトリガ信号後、それ
が０.５ミリ秒で図２に示したようなトリガ回路１３か
らパルスＮ＋１に関するトリガ信号を受信するとき、チ
ャージが約２５０マイクロ秒を要し、Ｃ₀は完全にチャ
ージされ準備完了する。トリガ信号では、キャパシタＣ
₀は、約５マイクロ秒の時間にわたって図８Ｂに示した
磁気圧縮回路内にそのおおよそ７００ボルトを放電し、
パルスは、約１０ｍＪのレーザパルスを約１５ｎｓの継
続時間作り出す約１００ｎｓにおいて電極６を横切って
放電する約１６，１００ボルトのキャパシタＣｐに放電
電圧を与えるために磁気圧縮回路によって圧縮され且つ
増幅される。

【００７３】好ましいアルゴリズム バーストモードの作動のとき実質的に望ましいパルスエ
ネルギを達成するためにチャージ電圧を調整するための
特別好ましいプロセスを以下に記載する。プロセスは、
２つの電圧調整アルゴリズムを利用する。第１のアルゴ
リズムは、最初の８０パルスに適用し、ＫＰＩアルゴリ
ズムと呼ばれる。ＰＩアルゴリズムと呼ばれる第２のア
ルゴリズムは、パルス番号４０より後のパルスに適用す
る。８０番目より後のこの時間をここではバーストの
「Ｌ領域」と呼ぶ。イニシャル「ＰＩ」は「比例積分
（Proportional Integral）」のことであり、「ＫＰ
Ｉ」の「Ｋ」はバーストの「Ｋ領域」のことである。

【００７４】ＫＰＩアルゴリズム Ｋ領域は、１からｋまでのパルスを包含し、ここで好ま
しい実施形態に関してｋ＝４０である。パルスＮに関す
るチャージ電圧を設定するアルゴリズムは； Ｖ_N＝（Ｖ_B）_N−（Ｖ_C）_N-1 Ｎ＝１，２・・・ｋ ここで、 ＶＮ＝Ｎ番目のチャージ電圧 （Ｖ_B）_N＝Ｋ領域におけるＮ番目の目標エネルギＥＴを
生成するために要求される電圧の最良の評価を表す電圧
をストアしたｋのアレイ。このアレイは、以下の式に応
じて各バーストの後に更新される。 （Ｖ_C）_N-1＝パルスＮ−１まで、バーストにおける前の
パルスに関して生じたエネルギエラーに基づいた前のパ
ルスのエネルギエラーの電圧補正 （Ｖ_C）₀＝０と定義することにより、 Ａ，Ｂ＝典型的には０と１の間の小数であり、この好ま
しい実施形態ではＡ及びＢの両方とも０．５である ε_i＝ｉ番目のパルスのエネルギエラー ＝Ｅ_i−Ｅ_T、 ここで、Ｅ_iはｉ番目のパルスのエネルギであり、Ｅ_Tは
目標エネルギである Ｄ_i＝１からｉまでの全てのパルスを含むバーストの累
積ドーズエラー dE/dV＝チャージ電圧を備えるパルスエネルギの変化の
周波数。（この実施形態では、ｄＥ／ｄＶの１又はそれ
以上の値が各バースト中に実験的に決定され、これらの
値のランニング平均が計算に使用される）

【００７５】ストアされた値（Ｖ_B）_Nは、以下の関係に
従って各バースト中又は各バーストの後に更新される： ここで、インデックスＭはバーストナンバーのことであ
る Ｃ＝典型的には０と１の間の小数であり、この好ましい
実施形態では０．３である。

【００７６】ＰＩアルゴリズム Ｌ領域は、パルスｋ＋１からバーストの最後まで（好ま
しい実施形態では、パルス番号４１及びそれ以降）を包
含する。パルスＮに関するチャージ電圧を設定するアル
ゴリズムは： ここで、 Ｖ_N＝Ｎ番目のパルスに関するチャージ電圧 Ｖ_N-1＝Ｎ−１番目の（前の）パルスに関するチャージ
電圧 変数Ａ，Ｂ，ε₁，Ｄ₁及びｄＥ／ｄＶは前に定義されて
いる。

【００７７】ｄＥ／Ｄｖの判定 ｄＥ／ｄＶに関する新しい値が、レーザの特徴の比較的
ゆっくりとした変化を追跡するために周期的に決定され
る。好ましい実施形態では、ｄＥ／ｄＶは、Ｌ領域の２
つの連続するパルス中、制御された仕方で電圧を変化又
はディザリングさせることによって測定される。これら
の２つのパルスに関して、通常のＰＩエネルギ制御アル
ゴリズムは、一時的に中断され、以下によって置換され
る：パルスｊに関して： ここで、Ｖ_Dither＝固定された電圧インクリメントであ
り、典型的には数ボルトである。パルスｊ＋１に関し
て： Ｖ_j+1＝Ｖ_j−２・Ｖ_Dither ｊ＋１の後、ｄＥ／ｄＶは計算され：

【００７８】ｄＥ／ｄＶの計算は、ディザリング電圧の
ため期待されたエネルギ変化が、レーザの通常のエネル
ギ変化と同じ大きさのものであるため、非常にノイズが
激しい。好ましい実施形態では、最後の５０ｄＥ／ｄＶ
計算のランニング平均は、ＰＩ及びＫＰＩアルゴリズム
で実際に使用される。

【００７９】Ｖ_Dither選択に関する好ましい方法は、所
望のエネルギディザリングＥ_Ditherを特定することであ
り、典型的には、エネルギ目標Ｅ_Tの数パーセントであ
り、次いでＶ_Ditherを計算するためにｄＥ／ｄＶに関す
る現在の（平均の）値を使用する： パルスｊ＋２（直後に続く２つのディザリングパルス）
はディザリングされないが、特定の値を有する： Ｖ_j+2に関するこの特定の値は、適用された電圧ディザ
リングと、パルスｊ＋１から期待されるエネルギディザ
リングとの両方に関して補正される。

【００８０】上述のアルゴリズムについて多くの変形が
可能である。例えば、ｄＥ／ｄＶはＫと同じようにＬ領
域でも判断されうる。ディザリングはバーストあたり１
回、又は数回実行されうる。ディザリングシーケンス
は、上述したような固定されたパルス数で実行され、又
は、あるバーストから次のバーストまで変化するランダ
ムに選択されたパルス数に初期化されうる。

【００８１】読者は、Ａ，Ｂ及びＣが収束因子であり、
多くの他の値をとりうることを認識すべきである。上で
特定したそれらよりも大きな値が、より早い収束を提供
するが、不安定性の増加を導きうる。別の好ましい実施
形態では、Ａ＝（２Ｂ）^1/2である。この関係は、臨界
減衰を提供するために認識された技術から開発された。
Ｂは、ドーズ補正をしない場合にはゼロであるが、Ａ
は、それがアルゴリズムのドーズ収束部分に関する減衰
項を提供するのでゼロにすべきではない。

【００８２】ｄＥ／ｄＶの所定の値が小さすぎるなら
ば、上記のアルゴリズムはオーバー補正をすべきであ
る。それ故、エネルギシグマ値がしきい値を超えると
き、好ましい技術は任意のダブルｄＥ／ｄＶである。Ｖ
及びｄＥ／ｄＶの初期値は、バーストの第１のパルスに
関して提供される。Ｄは、各バーストのスタートでゼロ
に設定される。デフォルトのｄＥ／ｄＶは、最初のオー
バー補正を避けるために、期待されたｄＥ／ｄＶの約３
倍に設定される。

【００８３】上で述べたディザリングなしでｄＥ／ｄＶ
を決定する別の方法は、レーザ作動中に、エネルギ及び
電圧値を単に測定及びストアすることである。（特定の
電圧値ではなく測定されたものをまた使用しうる。）こ
れらのデータは、一定のパルスエネルギに関するＶの関
数としてｄＥ／ｄＶを決定するのに使用されうる。読者
は、値の要素が著しい不確実性を有する測定と異なるの
で、ｄＥ／ｄＶの各々の値がかなり大きな不確実性を包
含していることに注意すべきである。しかしながら、ｄ
Ｅ／ｄＶ値の平均の大きな数はこれらの不確実性を減少
させることができる。ｄＥ／ｄＶを決定するためのディ
ザリングの実行は、各バーストでなされるべきであるこ
とはないが、その代わり、Ｍバーストごとに１回のよう
に周期的になされうる。又は、ｄＥ／ｄＶの測定は、コ
ンピュータによって実行された計算によって置換され、
又は、ｄＥ／ｄＶの値は、Ｖ_N+1の計算に関する前のパ
ルスのオペレータによって手動で挿入されうる。別のア
プローチは、この制御システムに関するＶ_Nに関する実
際に測定された値を使用することである。また、Ｖ_{B IN}
の値は特定の値から計算され、上で記載された実施形態
における実際の測定値ではない。明らかな変形実施形態
は、測定された電圧値を使用しうる。Ｅ_Tは、１０ｍＪ
のように通常は一定の値であるが、定数である必要はな
い。例えば、最後の１０パルスのＥ_Tは名目上のパルス
エネルギよりも小さく、これらのパルスに関する目標Ｅ
_Tからの偏差パーセンテージが、積算されたパルスドー
ズに小さな影響を与え得る。また、バーストからバース
トまで変化するＥ_T値を提供するためにコンピュータコ
ントローラ２２をプログラムするようなある状況ではそ
れは好ましい。

【００８４】単一ライン及び狭ラインコンフィギュレー
ション 図１１Ａは好ましいＦ₂レーザシステムに関する好まし
い単一ラインを示す。この構成では、２つの大きなＦ２
ラインのうちの１つが、図に示したように簡単なプリズ
ムセレクタで選択される。図１１Ｂは、パワー発振器が
マスター発振器によってシードされる好ましい線狭帯域
化システムを示す。

【００８５】プロトタイプユニット プロトタイプＦ２レーザシステムユニットを組立て、出
願人及びそれらの仲間の作業者によってテストした。プ
ロトタイプレーザは、高効率チャンバ及び固体物理パル
スパワー励起を利用して、従来技術のエキシマレーザシ
ステムを超える種々の重要な改良を組み入れた電流生産
ＫｒＦ及びＡｒＦレーザに大きく基づく。放電は、ガス
汚染を最小にするためにコロナプレイオン化である。全
体の光学ビームパスは、酸素による光吸収をさけるた
め、及び、光学コンポーネントに対する損傷をさけるた
めに窒素パージされる。全ての共振器光学素子は、角度
がつけられたチャンバウィンドウを装備したレーザチャ
ンバに対して対外的である。ガス混合は、ヘリウムの４
気圧において０．１％フッ素であり、電極ギャプは１０
ｍｍまで減少される。このユニットにおいて、出願人
は、現在の開発においてＡｒＦレーザ電流に対してほん
の僅かに簡単な変化でプロトタイプリソグラフィフッ素
レーザに関するキーパラメータを論証するのに成功し
た。

【００８６】実験結果 プロトタイプユニットでの実験からの実験結果を以下に
記載する。レーザパワーは標準のパワーメータによって
測定され、圧電ジュールメータと相互関連する。赤の原
子フッ素レーザの貢献が差し引かれ、通常、総エネルギ
の１％以下に達する。ビーム伝達チューブを空気に発散
させることによって、１５７ｎｍ光を強く吸収する、赤
色放射が測定される。このプロトタイプユニットにおけ
るレーザ波長は、２つの外部プリズムのセットで調整す
ることによって１５７．６ｎｍで単一ラインモードで作
動する。レーザはまた、低減した効率で１５７．５ｎｍ
遷移に調整されうる。１５６．７ｎｍで遷移は観測され
ない。２メートルJobin YvonＶＵＶスペクトロメータに
よって記録されたようなレーザスペクトルは、測定限界
線幅の６ｐｍを示す。

【００８７】広バンド（又はマルチライン）オペレーシ
ョンでは、最大パワーの１２Ｗが１０００Ｈｚの繰り返
し数で得られる。パワーは、飽和する様子なく繰り返し
数に伴って線形に増加する。単一ラインモードの挙動は
同様であるが、１／３のエネルギである。このエネルギ
減少は、本プリズムセットアップにおける大きなキャビ
ティ長の増加によるものであり、著しく減少されうる。
バーストモードにおいて、５％の３σ安定性が記録され
た。出力エネルギの開始バースト遷移だけが観測され
た。これは、大きなエネルギ不安定性、及び、ガスフロ
ーに関係するバースト遷移を示すＡｒＦレーザと比較す
るのが好ましい。このことから、製造フッ素リソグラフ
ィレーザが、現在の色素ＡｒＦレーザよりも良好なエネ
ルギ安定性を有することを結論づけることができる。積
分角形パルス持続時間は３０ｎｓであり、ＡｒＦレーザ
の性能に達する。

【００８８】レーザチャンバ材料の慎重な選択、及び、
コロナ放電によるプレイオン化により、超浄化、及び、
数時間にわたるハロゲン注入及び最小のエネルギ低下で
の３Ｍショットなしでレーザの作動をすることができ
る。

【００８９】広帯域レーザパワーの繰り返し数に対する
依存は、図１０Ａの頂部に表示される。図１０Ａの底部
は、１０００Ｈｚ以上の周波数の増加に伴いパルスエネ
ルギの僅かなドロップオフを示す。レーザパワーは、１
ｋＨｚで１５Ｗ及び２０００Ｈｚで約１９Ｗのパワーま
で周波数が殆ど線形に増加する。この線形関係に基づい
て、フッ素レーザが数ｋＨｚ作動まで更に変化させるこ
とができ、ガスフローがそれに従って変更されると推定
した。出願人が、バッファガスとしてヘリウムを使用し
たので、標準のネオンベースレーザのブロワーパワーの
ほんの一部だけが要求され、それ故、より早いフロー速
度に対する制限がない。

【００９０】エネルギ安定性に関する良い測定は、バー
ストモードにおけるエネルギ遷移を観察することによっ
て得られる。このため、レーザはバーストに際して繰り
返し発火し、バーストの毎パルス位置に関する平均エネ
ルギが記録される。また、バーストにおける毎パルス数
に関して、バーストからバーストまでのエネルギの平均
変化が計算される。フッ素レーザ、及び、狭帯域ＡｒＦ
レーザとの比較に関するエネルギ及び安定性曲線の結果
を図１０Ｂ１及び２に表示する。フッ素レーザは、１２
０ショットバーストにわたって小さなエネルギ変化だけ
が現れる。エネルギ安定性は、バーストの開始における
最初の増加を示し、次いで、約３％の３σレベルで安定
する。対照的に、ＡｒＦレーザは、エネルギにおいて大
きな遷移を示し、約７％の３σ不安定性である。ＡｒＦ
レーザは６０パルスウィンドウにおいて０．５％のドー
ズ安定性が得られ、それ故、フッ素レーザは少なくとも
同じドーズ安定性に対して期待される。図１０Ｃは、パ
ルスエネルギと、１０００Ｈｚ及び１９００Ｈｚでの３
σの値を含む。

【００９１】ＶＵＶスペクトロメータによって記録され
たような広帯域フッ素レーザのスペクトルを図１０Ｄ１
及び２に示す。１５７．５２ｎｍ及び１５７．６３ｎｍ
に２つの遷移ラインがあるのがはっきりと分かる。レー
ザエネルギの８７％が１５７．６３ｎｍよりも長い波長
ラインに位置する。１５６．７ｎｍでの遷移は観察され
ない。１５７．６３ｎｍでの単一ラインモード作動は２
つの外部プリズムのセットで調整することによって達成
される。レーザはまた、１５７．５２ｎｍ遷移ラインに
調整されうるが、効率が低下する。また、１５７．６３
ｎｍでのレーザラインの拡大図を図１０Ｄ１及び２に示
す。１．１４ｐｍＦＷＨＭ及び２．３５ｐｍ９５％の巻
き込まれた線幅が測定される。これらの線幅は、以前に
期待されたものよりもかなり狭い。それ故、更なる線狭
帯域化なしに選択されたフッ素レーザラインが、全てに
関して十分であるが、十分な反射イメージシステムでは
ない。レーザパワー対単一ラインレーザの繰り返し数挙
動は、広バンドレーザと同じ線形増加を示す。しかしな
がら、この最初の実験における最大パワーは４Ｗに制限
される。低下した出力パワーは、ライン選択光学素子に
おける反射損失、及び、過度の長いキャビティ長によっ
て生ずる。

【００９２】水平及び垂直ビーム特性はレーザから１ｍ
の距離で測定した。（図１０Ｅ１及び２参照。）ビーム
は高度な対称を備えるスムーズなプロファイルを示す。
これらのプロファイルの種類は、非常に均一な照射を作
り出す一般に使用されるホモジナイザー技術によって容
易に測定される。

【００９３】ガス寿命の評価として、フッ素注入なしで
一定の電圧で作動させ、レーザパワー対ショット数の展
開を記録することによって導かれる。これらの測定では
超清浄の使用はない。図１０Ｆに示したように、レーザ
パワーは、４ミリオンレーザショット後、２０％以下ま
で低下し、少なくともＡｒＦレーザに匹敵する。従っ
て、ＡｒＦレーザの以前の経験から、周期的なフッ素注
入の資料をすることによって約２５ミリオンショットの
ガス寿命を見積もることができる。これは、レーザチャ
ンバにおける共存できる材料の選択、及び、コロナプレ
イオン化の使用の結果を明瞭に示す。ＫｒＦ及びＡｒＦ
レーザに関して、フッ素消費とチャンバ寿命の間の直接
の関係が前に立証された。それ故、我々は、フッ素レー
ザのチャンバ寿命をＡｒＦレーザのそれと同じオーダー
と見積る。

【００９４】図１５Ａの下のグラフは、パルスエネルギ
対Ｆ₂濃度を示し、上のグラフは、最大パルス繰り返し
数を示し、両者とも２５００ｒｐｍのブロワー速度であ
る。図１５Ｂの上のグラフは、１６ｎｓのＦＷＨＭを示
す時間の関数としてのパルス形状を示し、下のグラフ
は、積算された角形パルス幅が約３７ｎｓであることを
示す。

【００９５】このＦ₂レーザシステムを特定の実施形態
を参照して記載したけれども、種々の追加及び修正が可
能であることは明らかであろう。例えば、多くの変形実
施形態がこの明細書の最初の項目に列挙した特許出願で
議論されており、これらの全てをリファレンスとしてこ
こに組み入れる。更なる線狭帯域化を提供するために、
エタロン出力カプラを使用することができうる。バッフ
ァガスはヘリウムの代わりにネオンを使用することがで
きうる。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限され
るべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の市販の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のために使用される従来
技術の市販のエキシマレーザの主な要素のいくつかを示
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】本発明の好ましい実施形態の図である。

【図５】磁気ベアリングを含むブロワードライブユニッ
トを示す図である。

【図６】本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバの
断面図である。

【図６Ａ】本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバ
の断面図である。

【図７】好ましいプレイオン化装置チューブの特徴を示
す図である。

【図８Ａ】本発明の好ましい実施形態のパルスパワーシ
ステムのブロック図である。

【図８Ｂ】上記好ましい実施形態の簡単化した回路図で
ある。

【図８Ｃ】上記好ましい実施形態の一部である高電圧電
源の回路図とブロック図の組み合わせである。

【図８Ｄ】上記好ましい実施形態で使用されるパルスト
ランスの組立斜視図である。

【図８Ｅ】上記好ましい実施形態でしょうされるパルス
トランスの１次巻線の図である。

【図８Ｆ１】上記好ましい実施形態を使用するパルス圧
縮を示すタイムラインチャートである。

【図８Ｆ２】上記好ましい実施形態を使用するパルス圧
縮を示すタイムラインチャートである。

【図８Ｆ３】上記好ましい実施形態を使用するパルス圧
縮を示すタイムラインチャートである。

【図８Ｇ１】可飽和インダクタを示す図である。

【図８Ｇ２】可飽和インダクタを示す図である。

【図８Ｈ１】好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取
り付けを示す。

【図８Ｈ２】好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取
り付けを示す。

【図９Ａ】好ましい熱交換器設計を記載した図である。

【図９Ｂ】好ましい熱交換器設計を記載した図である。

【図１０Ａ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１０Ｂ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１０Ｃ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１０Ｄ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１０Ｅ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１０Ｆ】プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得ら
れたテストデータのグラフである。

【図１１Ａ】２つの好ましいＦ₂システムコンフィギュ
レーションを示す。

【図１１Ｂ】２つの好ましいＦ₂システムコンフィギュ
レーションを示す。

【図１２Ａ】種々のアノード支持バー設計を示す。

【図１２Ｂ】種々のアノード支持バー設計を示す。

【図１２Ｃ】種々のアノード支持バー設計を示す。

【図１２Ｄ】種々のアノード支持バー設計を示す。

【図１２Ｅ】種々のアノード支持バー設計を示す。

【図１３】好ましい包囲冷却システムを示す。

【図１４Ａ】好ましいブロワーブレード構造設計を示
す。

【図１４Ｂ】好ましいブロワーブレード構造設計を示
す。

【図１４Ｃ】好ましいブロワーブレード構造設計を示
す。

【図１５Ａ】パルスエネルギ対Ｆ2濃度、及び最大パル
ス繰り返し数を表すグラフである。

【図１５Ｂ】時間に対するパルス形状を示すグラフであ
る。

【図１６】大きなマニホールドガス供給システムを示
す。

【符号の説明】

２０２ ガスモジュール ２０５ 制御モジュール ２０６ 線狭帯域化モジュール ２０７ 圧縮ヘッド ２０８ 高電圧パルス電源モジュール ２０９ パルス電源供給のための整流子モジュール ２１１ レーザチャンバ ２１３ 波長モジュール ２１６ 出力カプラ ２１７ ブロワーモータ ２２１ チャンバウィンドウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／１６５５９３ (32)優先日 平成10年10月２日(1998．10．2) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２０６５２６ (32)優先日 平成10年12月７日(1998．12．7) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２１１８２５ (32)優先日 平成10年12月15日(1998．12．15) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２１７３４０ (32)優先日 平成10年12月21日(1998．12．21) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２７１０４１ (32)優先日 平成11年３月17日(1999．3．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／２７３４４６ (32)優先日 平成11年３月19日(1999．3．19) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (72)発明者 ジーン マルク ヒューバー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92037 ラ ジョラ ナウティルス スト リート 387 (72)発明者 パラッシュ ピー ダス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92084 ヴィスタ パセオ デ アンザ 2029 (72)発明者 石原 俊彦 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92111 サン ディエゴ サリザー スト リート 7447 (72)発明者 トーマス ピー ダフィー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ マドリガル ス トリート 10980 (72)発明者 ジョン ティー メルチオー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ テクサ 12727 (72)発明者 ハーヴィ エイ ベゾーセル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92037 ラ ジョラ ヴィア ソノマ 8354 アパートメント ディー (72)発明者 リチャード ジー モートン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92127 サン ディエゴ アギュアミール ロード 17786 (72)発明者 リチャード エム ネス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92126 サン ディエゴ シトラス ヴィ ユー コート 9248 (72)発明者 ピーター シー ニューマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024 エンシニタス コーニッシュ ド ライヴ 627 (72)発明者 ウィリアム エヌ パートロ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ ペドリザ ドライヴ 12634 (72)発明者 ダニエル エイ ロスウェイル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ クリーク ブルーフ ドライヴ 11709 (72)発明者 リチャード エル サンドストローム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024 エンシニタス トレイルヴィュー ロード 305

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも約１０００Ｈｚの繰り返し数で
   狭帯域パルスレーザビームを生成するための非常に狭帯
   域の高信頼性・モジュラ製造高品質高繰り返し数ＡｒＦ
   エキシマレーザであって、 Ａ．レーザチャンバを包含する迅速に交換可能なレーザ
   チャンバモジュールとを有し、前記レーザチャンバモジ
   ュールが、 １）２つの細長い電極と、 ２）ａ）フッ素と、 ｂ）不活性ガスと、 からなるレーザガスと、 ３）少なくとも２ｃｍ／ミリ秒の速度で前記電極の間で
   前記ガスを循環させるためのガスサーキュレータと、を
   備え、 Ｂ．少なくとも１つの迅速に交換可能なモジュールから
   なるモジュラーパルスパワーシステムとを有し、前記シ
   ステムは、電源と、パルス圧縮及び増幅回路と、少なく
   とも約１０００Ｈｚの周波数で前記電極にわたって少な
   くとも１４０００ボルトの高電圧電気パルスを作り出す
   パルスパワー制御とを含み、 Ｃ．前記パルスパワーシステムによって提供される電圧
   を制御するためのレーザパルスエネルギ制御システムと
   を有し、前記制御システムは、レーザパルスエネルギモ
   ニタと、所望のエネルギ範囲内でパルスエネルギを有す
   るレーザパルスを生成するのに必要な電気パルスを、歴
   史的なパルスエネルギデータに基づいて計算するための
   アルゴリズムをプログラムされたコンピュータプロセッ
   サとを含む、レーザ。
2. 【請求項２】前記２つの細長い電極がカソードとアノー
   ドとを構成し、前記アノードが冷却フィンを有する、請
   求項１に記載のレーザ。
3. 【請求項３】ここで前記アノード及び前記アノード支持
   バーが併せて、少なくとも約３．４ｋｇの質量を有す
   る、請求項２に記載のレーザ。
4. 【請求項４】少なくとも約１ｋＨｚの繰り返し数で狭帯
   域パルスレーザビームを生成するための高信頼性・モジ
   ュラ製造高品質高繰り返し数エキシマレーザであって、 Ａ．迅速に交換可能なレーザチャンバモジュールが、 １）２つの細長い電極と、 ２）フッ素とバッファガスとからなるレーザガスと、 ３）少なくとも２ｃｍ／ミリ秒で前記電極の間で前記レ
   ーザガスを循環させるためのガス循環システムと、を備
   え、前記ガス循環システムが、 ａ）シャフトを構成する鑞付け無しのブレード構造体
   と、 ｂ）前記シャフトを回転させるためのブラシレスモータ
   と、 ｃ）前記シャフトを支持するための磁気ベアリングと、
   を備え、前記モータ及び前記ベアリングは、前記シャフ
   トに取り付けられ、前記レーザガスに対して曝された環
   境内で密封されるロータを有し、前記モータ及び前記ベ
   アリングは、前記レーザガス環境の外側に固定子を有
   し、 Ｂ．少なくとも１つの迅速に交換可能なモジュール内に
   実質的に包含されるパルスパワーシステムと、を有し、
   前記パルスパワーシステムは、 １）少なくとも約１０００Ｈｚの周波数で周期的に高電
   圧電源を制御するプロセッサと、を備え、チャージキャ
   パシタを所定のパルス制御電圧まで電気的エネルギでチ
   ャージし、 ２）前記チャージキャパシタにストアされた電気的エネ
   ルギを前記電極にわたって少なくとも１４０００ボルト
   の高電圧電気パルスに接続するための圧縮及び増幅回路
   と、を備える、レーザ。