JP2000286482A - 分子フッ素（ｆ２）レーザ用ビーム配向システム - Google Patents
分子フッ素（ｆ２）レーザ用ビーム配向システムInfo
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- H01S3/134—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パージ用ガスの相当な損失による高い費用で
ビーム経路をパージングする長い遅延を招くことがない
ようなビーム経路を備えた上記のレーザを提供すること 【解決手段】 F2レーザなどのレーザからのレーザ光
を、シールされた筐体を介して目標物に配向する方法お
よび機器を提供する。この筐体は、筐体内のすべての空
気、水、炭化水素または酸素を十分に減少させるに足る
回数で、繰り返し排気しかつ不活性ガスが再充填され
る。その後、不活性ガス流が、レーザの動作中に筐体内
で確立され維持される。筐体を通過する200 nm以下のビ
ームが十分な透過率を保って伝搬することが、特に可能
になる。
ビーム経路をパージングする長い遅延を招くことがない
ようなビーム経路を備えた上記のレーザを提供すること 【解決手段】 F2レーザなどのレーザからのレーザ光
を、シールされた筐体を介して目標物に配向する方法お
よび機器を提供する。この筐体は、筐体内のすべての空
気、水、炭化水素または酸素を十分に減少させるに足る
回数で、繰り返し排気しかつ不活性ガスが再充填され
る。その後、不活性ガス流が、レーザの動作中に筐体内
で確立され維持される。筐体を通過する200 nm以下のビ
ームが十分な透過率を保って伝搬することが、特に可能
になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザと使用するた
めの、特に、約157 nmを放射する放電ポンピング式(dis
charg pumped)分子フッ素(molecular fluorine)レーザ
と使用するためのビーム配向システムに関する。
めの、特に、約157 nmを放射する放電ポンピング式(dis
charg pumped)分子フッ素(molecular fluorine)レーザ
と使用するためのビーム配向システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】約157 nmの波長で動作する分子フッ素
（F2）レーザを、0.1μm以下の分解能を有する遠紫外／
真空紫外マイクロリソグラフィ(microlithography)に対
して選択することは適当である。この波長におけるレー
ザ放射は、一般に使用できるレーザの波長で通常は透明
な材料を含むミクロ機械加工の用途に対しても極めて有
効である。
（F2）レーザを、0.1μm以下の分解能を有する遠紫外／
真空紫外マイクロリソグラフィ(microlithography)に対
して選択することは適当である。この波長におけるレー
ザ放射は、一般に使用できるレーザの波長で通常は透明
な材料を含むミクロ機械加工の用途に対しても極めて有
効である。
【０００３】200 nm以下のレーザビームを目標に効率よ
くキャビティ外(extracavity)搬送することは、環境で
強く吸収されるため複雑である。すなわち、そのような
レーザの200 nm以下のレーザビームは、レーザ出力カプ
ラー(laser output coupler)と加工物との間のキャビテ
ィ外ビーム経路(beam path)に沿ってある距離を伝搬す
る。この経路でレーザビームは、ビーム経路に沿って存
在する水、酸素、および炭化水素などの何らかの光吸収
種による吸収損失を受ける。例えば、F2レーザが放射し
た157 nmの放射に対する消光長さ（1/e）は、大気中で
は1 mm以下である。
くキャビティ外(extracavity)搬送することは、環境で
強く吸収されるため複雑である。すなわち、そのような
レーザの200 nm以下のレーザビームは、レーザ出力カプ
ラー(laser output coupler)と加工物との間のキャビテ
ィ外ビーム経路(beam path)に沿ってある距離を伝搬す
る。この経路でレーザビームは、ビーム経路に沿って存
在する水、酸素、および炭化水素などの何らかの光吸収
種による吸収損失を受ける。例えば、F2レーザが放射し
た157 nmの放射に対する消光長さ（1/e）は、大気中で
は1 mm以下である。
【０００４】高いキャビティ内(inracavity)損失も、特
に酸素や水による特性吸収によって、またガスやすべて
の光学素子内の散乱によって、200 nm以下の波長で動作
するレーザに対して発生する。吸収の場合と同様に、波
長が短いこと（200 nm以下）は、光子散乱断面の波長依
存性による高い散乱損失の原因である。
に酸素や水による特性吸収によって、またガスやすべて
の光学素子内の散乱によって、200 nm以下の波長で動作
するレーザに対して発生する。吸収の場合と同様に、波
長が短いこと（200 nm以下）は、光子散乱断面の波長依
存性による高い散乱損失の原因である。
【０００５】KrFエキシマーレーザが放射するような248
nmの光を使用する従来のリソグラフィシステム(lithog
raphy system)については、これらの吸収や散乱による
複雑な問題は、はるかに少ない。200 nm以下の光を強く
吸収する、特にF2レーザ用の約157 nmの光を極めて強く
吸収するキャビティや環境内の酸素や水などの種は、24
8 nmではほとんど吸収を示さない。248 nmの光に対する
大気中での消光長さは、おおむね１０メートル以上であ
る。また、ガスや光学素子(optical element)内の光子
の散乱は、より短い波長で発生する光子の散乱と比べる
と、248 nmでは減少している。さらに、出力ビーム特性
は、温度で誘導された変動に一層敏感である。この、温
度で誘導された変動は、248 nmでのより長い波長のリソ
グラフィ用の構造体よりも、157 nmなどの短い波長にお
けるより小さい構造のリソグラフィの作成に影響する。
明確にいうと、KrFエキシマーレーザでは、248 nmの光
は散乱が少なくまた吸収を受けることも少ないので、同
じレベルの問題はない。
nmの光を使用する従来のリソグラフィシステム(lithog
raphy system)については、これらの吸収や散乱による
複雑な問題は、はるかに少ない。200 nm以下の光を強く
吸収する、特にF2レーザ用の約157 nmの光を極めて強く
吸収するキャビティや環境内の酸素や水などの種は、24
8 nmではほとんど吸収を示さない。248 nmの光に対する
大気中での消光長さは、おおむね１０メートル以上であ
る。また、ガスや光学素子(optical element)内の光子
の散乱は、より短い波長で発生する光子の散乱と比べる
と、248 nmでは減少している。さらに、出力ビーム特性
は、温度で誘導された変動に一層敏感である。この、温
度で誘導された変動は、248 nmでのより長い波長のリソ
グラフィ用の構造体よりも、157 nmなどの短い波長にお
けるより小さい構造のリソグラフィの作成に影響する。
明確にいうと、KrFエキシマーレーザでは、248 nmの光
は散乱が少なくまた吸収を受けることも少ないので、同
じレベルの問題はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】F2レーザの157 nmの放
射を吸収する問題を取り扱う１つの可能な解決策は、ビ
ーム経路をハウジング(housing)または筐体(enclousre)
でシールして、このビーム経路を不活性ガスで浄化する
ことである。しかしながら、ビームの筐体から吸収種を
取り除くために必要なダウンタイム(down time)を最小
にするために、この技術では高い流量が一般に使用され
る。すなわち、筐体が大気で満たされる状態から始める
と、容認できない長い浄化時間および高い流量が、吸収
種の分圧を妥当なレベルまで低下させるために必要とさ
れる。この浄化技術を、例えば、水や酸素などの吸収種
を1 ppm以下しか含まない、極めて清潔な不活性ガスで
行うことも必要であってよい。これらの純度についての
要求事項を満たすために、商業的に超高純度（ＵＨＰ）
級のガスを入手できるがコストが増加してしまう。全体
的にこの浄化方法は、高価であり不便である。
射を吸収する問題を取り扱う１つの可能な解決策は、ビ
ーム経路をハウジング(housing)または筐体(enclousre)
でシールして、このビーム経路を不活性ガスで浄化する
ことである。しかしながら、ビームの筐体から吸収種を
取り除くために必要なダウンタイム(down time)を最小
にするために、この技術では高い流量が一般に使用され
る。すなわち、筐体が大気で満たされる状態から始める
と、容認できない長い浄化時間および高い流量が、吸収
種の分圧を妥当なレベルまで低下させるために必要とさ
れる。この浄化技術を、例えば、水や酸素などの吸収種
を1 ppm以下しか含まない、極めて清潔な不活性ガスで
行うことも必要であってよい。これらの純度についての
要求事項を満たすために、商業的に超高純度（ＵＨＰ）
級のガスを入手できるがコストが増加してしまう。全体
的にこの浄化方法は、高価であり不便である。
【０００７】別の解決策はビーム経路を排気することで
ある。この場合、比較的低圧の真空が必要とされ、その
結果、システムが複雑で高価になる。例えば、１００ミ
リトル以下の圧力を達成するためには、超高真空（ＵＨ
Ｖ）機器および技術が必要とされうる。そのような機器
と技術では、隙間のない筐体が高いポンピング容量と結
合される。残念なことに、長い初期ポンピング時間がま
だ必要とされる。この排気方法では、光ビーム経路の筐
体に沿った透過は、排気しても残っている、主に酸素、
水蒸気、および炭化水素の「残留」ガスによる放射の吸
収によって決定される。
ある。この場合、比較的低圧の真空が必要とされ、その
結果、システムが複雑で高価になる。例えば、１００ミ
リトル以下の圧力を達成するためには、超高真空（ＵＨ
Ｖ）機器および技術が必要とされうる。そのような機器
と技術では、隙間のない筐体が高いポンピング容量と結
合される。残念なことに、長い初期ポンピング時間がま
だ必要とされる。この排気方法では、光ビーム経路の筐
体に沿った透過は、排気しても残っている、主に酸素、
水蒸気、および炭化水素の「残留」ガスによる放射の吸
収によって決定される。
【０００８】図１は、残留空気圧力上での、0.5メート
ルの光学経路の実験的に測定した透過依存性を示してい
る。理論的な適合値も図１に示されており、それは主な
吸収種は吸収断面積が約3 × 10-18 cm2の水蒸気である
との仮定に基づいている。水は真空システムの壁で吸収
され、このためそのようなシステム内の残留圧力を支配
する傾向があるため、この仮定は正しいと信じられてい
る。
ルの光学経路の実験的に測定した透過依存性を示してい
る。理論的な適合値も図１に示されており、それは主な
吸収種は吸収断面積が約3 × 10-18 cm2の水蒸気である
との仮定に基づいている。水は真空システムの壁で吸収
され、このためそのようなシステム内の残留圧力を支配
する傾向があるため、この仮定は正しいと信じられてい
る。
【０００９】図から分かるように、50ミリトルの残留圧
力において、光学的損失は光学経路の0.5メートル当た
り約１％になる。約100ミリトルでは、光学的損失は0.5
メートル当たり約２％になる。150ミリトルおよび200ミ
リトルでは、損失はそれぞれ３％および4.5％になる。
マイクロリソグラフィのステッパ(stepper)などのシス
テムでは、光学的なビーム経路は数メートル程度になる
ことがあり、このためその損失比率では全損失量が不満
足なほど高くなってしまう。例えば、図１の50〜200ミ
リトルの残留圧力について示すような、99％と95.5％と
の間の透過率でさえ、平均５メートルのビーム経路は10
％と37％の間の損失に相当する。
力において、光学的損失は光学経路の0.5メートル当た
り約１％になる。約100ミリトルでは、光学的損失は0.5
メートル当たり約２％になる。150ミリトルおよび200ミ
リトルでは、損失はそれぞれ３％および4.5％になる。
マイクロリソグラフィのステッパ(stepper)などのシス
テムでは、光学的なビーム経路は数メートル程度になる
ことがあり、このためその損失比率では全損失量が不満
足なほど高くなってしまう。例えば、図１の50〜200ミ
リトルの残留圧力について示すような、99％と95.5％と
の間の透過率でさえ、平均５メートルのビーム経路は10
％と37％の間の損失に相当する。
【００１０】許容できる光学的損失を、例えば、光学経
路長のメートル当たり約１％より少なく達成するよう
に、吸収種の残留圧力をほぼ100ミリトル以下に下げる
必要があることは、上記の測定および理論的な適合値か
ら明白である。そのような低い圧力は、複雑で高価な真
空機器を使用することによって、および／またはその真
空機器を許容できないほど長時間動作させることによっ
て始めて得ることができる。全体として、このことはポ
ンピングについての相当なまた望ましくないダウンタイ
ムをもたらし、複雑で高価な機器を必要とする。200 nm
以下で動作するレーザ、特にF2レーザのビーム経路か
ら、過大なダウンタイムまたは費用を招かずに、光吸収
種を取り除く方法が必要とされる。
路長のメートル当たり約１％より少なく達成するよう
に、吸収種の残留圧力をほぼ100ミリトル以下に下げる
必要があることは、上記の測定および理論的な適合値か
ら明白である。そのような低い圧力は、複雑で高価な真
空機器を使用することによって、および／またはその真
空機器を許容できないほど長時間動作させることによっ
て始めて得ることができる。全体として、このことはポ
ンピングについての相当なまた望ましくないダウンタイ
ムをもたらし、複雑で高価な機器を必要とする。200 nm
以下で動作するレーザ、特にF2レーザのビーム経路か
ら、過大なダウンタイムまたは費用を招かずに、光吸収
種を取り除く方法が必要とされる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、レーザのビーム経路から空気、水、酸素、および炭
化水素を含む、200 nm以下の光を強く吸収する種を取り
除くレーザシステムを提供することである。
は、レーザのビーム経路から空気、水、酸素、および炭
化水素を含む、200 nm以下の光を強く吸収する種を取り
除くレーザシステムを提供することである。
【００１２】本発明の別の目的は、パージ用ガス(purgi
ng gase)の相当な損失による高い費用でビーム経路をパ
ージング(purging)する長い遅延を招くことがないよう
なビーム経路を備えた上記のレーザを提供することであ
る。
ng gase)の相当な損失による高い費用でビーム経路をパ
ージング(purging)する長い遅延を招くことがないよう
なビーム経路を備えた上記のレーザを提供することであ
る。
【００１３】本発明のさらに別の目的は、高い費用と長
い初期のポンピング時間を生じる、ＵＨＶ機器および技
術のような、複雑な真空システムを使用しないビーム経
路を備えた上記のレーザを提供することである。
い初期のポンピング時間を生じる、ＵＨＶ機器および技
術のような、複雑な真空システムを使用しないビーム経
路を備えた上記のレーザを提供することである。
【００１４】本発明は、比較的低い流量で一般的に利用
できる不活性ガスを用いたパージングと組み合わせた、
適度の真空容量を用いる方法と機器とを提供することに
よって、前に示した別の方法の制約を克服する。この方
法で達成した吸収損失は、有利に、光学経路のメートル
当たり１％を超えず、また「ウォームアップ」時間は数
分以下しか必要としない。
できる不活性ガスを用いたパージングと組み合わせた、
適度の真空容量を用いる方法と機器とを提供することに
よって、前に示した別の方法の制約を克服する。この方
法で達成した吸収損失は、有利に、光学経路のメートル
当たり１％を超えず、また「ウォームアップ」時間は数
分以下しか必要としない。
【００１５】具体的には、レーザ、特にF2レーザのよう
に200 nm以下で動作するレーザのビーム経路を設ける方
法と機器とを提供することによって、本発明は前述の目
的に適合する。このビーム経路は、第１に、外部の環境
からハウジングまたは筐体の中にシールされる。この筐
体は始め排気され、次に筐体内のすべての空気、水また
は酸素を十分に取り除くに足りる回数で繰り返し不活性
ガスで再充填される。この後、不活性ガスの流れがレー
ザの動作中に筐体内に確立されまた維持されて、吸収種
を外に締めだすと共に、レーザビーム用の均質な伝搬経
路を維持する。
に200 nm以下で動作するレーザのビーム経路を設ける方
法と機器とを提供することによって、本発明は前述の目
的に適合する。このビーム経路は、第１に、外部の環境
からハウジングまたは筐体の中にシールされる。この筐
体は始め排気され、次に筐体内のすべての空気、水また
は酸素を十分に取り除くに足りる回数で繰り返し不活性
ガスで再充填される。この後、不活性ガスの流れがレー
ザの動作中に筐体内に確立されまた維持されて、吸収種
を外に締めだすと共に、レーザビーム用の均質な伝搬経
路を維持する。
【００１６】ビーム経路に沿った分子フッ素（F2）レー
ザの157 nmの放射の十分な透過を伴う伝搬は、本発明に
おいて特に可能であり、同様にそれぞれ193 nm、172 n
m、145 nm、125 nm、および121 nmで動作するArF、Xe、
Kr、Ar、およびH2レーザについても可能である。結果と
して望ましくない長いダウンタイムを生ずる長いパージ
ング期間も、多大なまた高価なガスの損失も発生せず、
超高真空機器や技術は必要とされない。
ザの157 nmの放射の十分な透過を伴う伝搬は、本発明に
おいて特に可能であり、同様にそれぞれ193 nm、172 n
m、145 nm、125 nm、および121 nmで動作するArF、Xe、
Kr、Ar、およびH2レーザについても可能である。結果と
して望ましくない長いダウンタイムを生ずる長いパージ
ング期間も、多大なまた高価なガスの損失も発生せず、
超高真空機器や技術は必要とされない。
【００１７】
【発明の実施の形態】図２は、本発明用のビーム配向シ
ステムの好ましい実施形態を示す。本発明はどのような
レーザを用いても使用できるが、それぞれ約193 nm、17
2 nm、157 nm、145 nm、125 nm、および121 nmで動作す
るArF、Xe、F2、Kr、Ar、およびH2レーザなどの、200 n
m以下で動作するレーザが特に好ましい。約157 nmで動
作するF2レーザシステムが、以下の好ましい実施形態に
おいて特に参照される。図中１は高反射のリアミラーま
たは波長選択器である。共振器用光学素子(Resonator o
ptics)１を共振器の光軸に整列させるために、それらの
傾斜を調整できるように、共振器用光学素子１はレーザ
放電室２またはレーザ放電管に取り付けることが好まし
い。好ましい光学システムおよび電気システムは、米国
特許出願第09/090,989号および09/136,353号ならびに米
国特許暫定出願第60/120,218号に一層詳細に記載されて
いる。これらをそれぞれ参照することによって本願に援
用する。例えば、F2レーザの約157 nmの近接した自然放
射ラインの１つを選択する手段は、好ましい光学素子の
一部である。
ステムの好ましい実施形態を示す。本発明はどのような
レーザを用いても使用できるが、それぞれ約193 nm、17
2 nm、157 nm、145 nm、125 nm、および121 nmで動作す
るArF、Xe、F2、Kr、Ar、およびH2レーザなどの、200 n
m以下で動作するレーザが特に好ましい。約157 nmで動
作するF2レーザシステムが、以下の好ましい実施形態に
おいて特に参照される。図中１は高反射のリアミラーま
たは波長選択器である。共振器用光学素子(Resonator o
ptics)１を共振器の光軸に整列させるために、それらの
傾斜を調整できるように、共振器用光学素子１はレーザ
放電室２またはレーザ放電管に取り付けることが好まし
い。好ましい光学システムおよび電気システムは、米国
特許出願第09/090,989号および09/136,353号ならびに米
国特許暫定出願第60/120,218号に一層詳細に記載されて
いる。これらをそれぞれ参照することによって本願に援
用する。例えば、F2レーザの約157 nmの近接した自然放
射ラインの１つを選択する手段は、好ましい光学素子の
一部である。
【００１８】一対の主電極３は外部電源回路に接続され
て、ガス混合体内の分子フッ素を励起するためにパルス
放電を行う。さらに、電気放電のＵＶ前期イオン化も準
備されており、これはスパークギャップ(spark gap)の
アレイ(array)によって、またはレーザの主放電の主電
極３のうちの少なくとも１つの近傍に配置したＵＶ放射
（表面、バリア、またはコロナガス放電）の別の光源に
よって実現できる。好ましい前期イオン化ユニットは、
米国特許出願第09/247,887号に記載されており、これも
参照して本願に援用する。
て、ガス混合体内の分子フッ素を励起するためにパルス
放電を行う。さらに、電気放電のＵＶ前期イオン化も準
備されており、これはスパークギャップ(spark gap)の
アレイ(array)によって、またはレーザの主放電の主電
極３のうちの少なくとも１つの近傍に配置したＵＶ放射
（表面、バリア、またはコロナガス放電）の別の光源に
よって実現できる。好ましい前期イオン化ユニットは、
米国特許出願第09/247,887号に記載されており、これも
参照して本願に援用する。
【００１９】ビーム経路を含むハウジングまたは筐体４
は、好ましくは真空ベローズ８を介して共振器の光学素
子１の外部結合(outcoupling)ミラーホルダー６に取り
付けられ、従来のＯリング（VitonTMのＯリングな
ど）、フラットパッキングまたは他のシール材料でシー
ルされる。これにより外部結合ミラー６の光学アライン
メント(optical alignment)について必要な自由度が可
能になり、一方同時に、外部結合器６とビーム経路用の
筐体４との間の真空品質のシールが維持される。ビーム
経路用の筐体４内の残留圧力は、200ミリトル以下、特
に100ミリトル以下に減少できることが好ましい。
は、好ましくは真空ベローズ８を介して共振器の光学素
子１の外部結合(outcoupling)ミラーホルダー６に取り
付けられ、従来のＯリング（VitonTMのＯリングな
ど）、フラットパッキングまたは他のシール材料でシー
ルされる。これにより外部結合ミラー６の光学アライン
メント(optical alignment)について必要な自由度が可
能になり、一方同時に、外部結合器６とビーム経路用の
筐体４との間の真空品質のシールが維持される。ビーム
経路用の筐体４内の残留圧力は、200ミリトル以下、特
に100ミリトル以下に減少できることが好ましい。
【００２０】筐体６は、パージングガス注入口１０とガ
ス排出口１２、および調整可能なニードル弁１４などの
ガスの流量をコントロールする手段を備えている。注入
口１０／排出口１２を一対しか使用しない場合、注入口
１０および排出口１２は間隔をおいて、筐体４の対向す
る端部に配置されることが好ましい。ビーム配向システ
ムが長い場合は、数対のガス注入口１０および排出口１
２を持つことが好ましい。注入口１０および排出口１２
は、ビーム経路に沿って筐体内に均質な媒体を提供する
ように配置されることが好ましい。このように、ビーム
配向システムのすべてのセクションは、低い消費量のパ
ージガスで十分にパージされる。ビーム配向システムが
短い場合でも、特に例えば、ビーム配向システム内の開
いた開口が組み込みの光学素子やマウントでブロックさ
れる場合、数個のガス注入口１０および排出口１２を備
えることができる。例えば、ビーム経路は１つ以上の光
学窓で仕切ることができる。
ス排出口１２、および調整可能なニードル弁１４などの
ガスの流量をコントロールする手段を備えている。注入
口１０／排出口１２を一対しか使用しない場合、注入口
１０および排出口１２は間隔をおいて、筐体４の対向す
る端部に配置されることが好ましい。ビーム配向システ
ムが長い場合は、数対のガス注入口１０および排出口１
２を持つことが好ましい。注入口１０および排出口１２
は、ビーム経路に沿って筐体内に均質な媒体を提供する
ように配置されることが好ましい。このように、ビーム
配向システムのすべてのセクションは、低い消費量のパ
ージガスで十分にパージされる。ビーム配向システムが
短い場合でも、特に例えば、ビーム配向システム内の開
いた開口が組み込みの光学素子やマウントでブロックさ
れる場合、数個のガス注入口１０および排出口１２を備
えることができる。例えば、ビーム経路は１つ以上の光
学窓で仕切ることができる。
【００２１】好ましい真空レベルは、単純で安価（例え
ば、50ミリトル）な１段または２段の機械的な回転羽根
式または回転ピストン式ポンプまたは荒引きポンプ（ro
ughing pump:図示せず）をポンプポート(pump port)１
６を介して筐体４に接続することによって達成できる。
このポンプポート１６は、筐体４に分離接続する必要は
ない。例えば、真空源は、注入口１０または排出口１２
を利用して筐体４に接続でき、この筐体４は、不活性ガ
スが流れているとき、Ｔ形バルブまたは何か同様の構成
要素によって、ポンプからシールできる。
ば、50ミリトル）な１段または２段の機械的な回転羽根
式または回転ピストン式ポンプまたは荒引きポンプ（ro
ughing pump:図示せず）をポンプポート(pump port)１
６を介して筐体４に接続することによって達成できる。
このポンプポート１６は、筐体４に分離接続する必要は
ない。例えば、真空源は、注入口１０または排出口１２
を利用して筐体４に接続でき、この筐体４は、不活性ガ
スが流れているとき、Ｔ形バルブまたは何か同様の構成
要素によって、ポンプからシールできる。
【００２２】低温トラップまたはMicromazeTM フィルタ
ーなどのオイル蒸気トラップを、ポンプとビーム経路の
筐体との間で使用することが好ましい。比較的安価でオ
イル不含(oil free) の３段ダイアフラム式ポンプも使
用できる。あるいはまた、オイル拡散ポンプ、低温ポン
プ、またはターボ分子ポンプなどの、より精巧なポンプ
も使用できる。ビーム経路の筐体４の好ましい「耐漏洩
(tightness)」は、漏れ速度が１分当たり１トル−リッ
トル以下に相当する。パージングガスは超高純度（ＵＨ
Ｐ）級のヘリウム、アルゴン、またはネオンであること
が好ましいが、他のＵＨＰ級の不活性ガス（例えば、窒
素）も使用できる。
ーなどのオイル蒸気トラップを、ポンプとビーム経路の
筐体との間で使用することが好ましい。比較的安価でオ
イル不含(oil free) の３段ダイアフラム式ポンプも使
用できる。あるいはまた、オイル拡散ポンプ、低温ポン
プ、またはターボ分子ポンプなどの、より精巧なポンプ
も使用できる。ビーム経路の筐体４の好ましい「耐漏洩
(tightness)」は、漏れ速度が１分当たり１トル−リッ
トル以下に相当する。パージングガスは超高純度（ＵＨ
Ｐ）級のヘリウム、アルゴン、またはネオンであること
が好ましいが、他のＵＨＰ級の不活性ガス（例えば、窒
素）も使用できる。
【００２３】本発明のレーザシステムの動作用の、特に
157 nmを放射するF2レーザ用のビーム経路の筐体４を準
備する好ましい方法を以下に説明する。好ましいレーザ
システムは、各種の構成要素をコントロールし統合する
プロセサ（processor）を備えていることに注意された
い。本発明に基づいてビーム経路を準備する方法は、手
動コントロールでもプロセサコントロール(processor-c
ontrolled)でもよい。プロセサを使用する場合、真空ゲ
ージとガスフローメータの読取り値が入力値になる。プ
ロセサは、ポンプポート１６、パージングガスの注入口
１０および排出口１２の開閉ならびにバルブ１４の流量
制御をコントロールする出力信号を発生する。
157 nmを放射するF2レーザ用のビーム経路の筐体４を準
備する好ましい方法を以下に説明する。好ましいレーザ
システムは、各種の構成要素をコントロールし統合する
プロセサ（processor）を備えていることに注意された
い。本発明に基づいてビーム経路を準備する方法は、手
動コントロールでもプロセサコントロール(processor-c
ontrolled)でもよい。プロセサを使用する場合、真空ゲ
ージとガスフローメータの読取り値が入力値になる。プ
ロセサは、ポンプポート１６、パージングガスの注入口
１０および排出口１２の開閉ならびにバルブ１４の流量
制御をコントロールする出力信号を発生する。
【００２４】好ましい方法には、第１に、ガス注入口１
０と排出口１２とを閉鎖することが含まれる。第２に、
ポンプポート１６を開放して、例えば、50ミリトルの真
空ポンプを用いて、筐体４内が所定の残留圧力、例えば
200ミリトル、好ましくは100ミリトル以下に達したこと
を真空ゲージが示すまで、筐体４を排気する。次に、ポ
ンプポート１６が閉鎖され、注入口１０が開放されて、
筐体４内がほぼ大気圧以上になるまで、筐体４は注入口
１０を介して流入した不活性ガスで充填される。その
後、注入口１０が再度閉鎖され、ポンプポート１６が開
放されて、排気の手順を繰り返す。筐体４を排気し次に
筐体４を不活性ガスで再充填するこれらのステップを、
数回繰り返すことが好ましい。
０と排出口１２とを閉鎖することが含まれる。第２に、
ポンプポート１６を開放して、例えば、50ミリトルの真
空ポンプを用いて、筐体４内が所定の残留圧力、例えば
200ミリトル、好ましくは100ミリトル以下に達したこと
を真空ゲージが示すまで、筐体４を排気する。次に、ポ
ンプポート１６が閉鎖され、注入口１０が開放されて、
筐体４内がほぼ大気圧以上になるまで、筐体４は注入口
１０を介して流入した不活性ガスで充填される。その
後、注入口１０が再度閉鎖され、ポンプポート１６が開
放されて、排気の手順を繰り返す。筐体４を排気し次に
筐体４を不活性ガスで再充填するこれらのステップを、
数回繰り返すことが好ましい。
【００２５】これらのガスのフラッシングサイクルが数
回行われた後、ポンプポート１６が閉鎖され、ガス注入
口１０とガス排出口１２の両方が開放される。選択され
た流量におけるガス流は、毎分約0.1リットルが好まし
く、流量制御バルブ１４のコントロールによって筐体４
内で確立され、維持される。圧力はこのとき、大気圧ま
たは好ましくはそれよりわずかに高い圧力に維持され
る。ビーム経路の筐体はこのとき、レーザが動作を行う
準備ができている。
回行われた後、ポンプポート１６が閉鎖され、ガス注入
口１０とガス排出口１２の両方が開放される。選択され
た流量におけるガス流は、毎分約0.1リットルが好まし
く、流量制御バルブ１４のコントロールによって筐体４
内で確立され、維持される。圧力はこのとき、大気圧ま
たは好ましくはそれよりわずかに高い圧力に維持され
る。ビーム経路の筐体はこのとき、レーザが動作を行う
準備ができている。
【００２６】図３は、フラッシングガスとしてヘリウム
および窒素を用いた、長さが0.5メートルの光学経路に
沿ったF2レーザからの157 nmのビームの透過率を示す。
この透過率は、フラッシングの回数に伴って増加してい
ることを示しているが、８回の「フラッシング」サイク
ルのに等しい最高値に漸近している。無論、それにも関
わらず、８回を超えるフラッシングサイクルも使用でき
る。図から分かるように、ヘリウムについては、ほぼ９
９％の透過率を８回のフラッシングで達成できる。窒素
を用いた結果は、ヘリウムほどは良好でなかった。しか
しながら、実験で使用した窒素は、水の規定レベルがわ
ずか3 ppmであるが、他方ＵＨＰのヘリウムははるかに
純粋であり、水の規定レベルが1 ppm以下であった。こ
のことが性能の差を説明できる。
および窒素を用いた、長さが0.5メートルの光学経路に
沿ったF2レーザからの157 nmのビームの透過率を示す。
この透過率は、フラッシングの回数に伴って増加してい
ることを示しているが、８回の「フラッシング」サイク
ルのに等しい最高値に漸近している。無論、それにも関
わらず、８回を超えるフラッシングサイクルも使用でき
る。図から分かるように、ヘリウムについては、ほぼ９
９％の透過率を８回のフラッシングで達成できる。窒素
を用いた結果は、ヘリウムほどは良好でなかった。しか
しながら、実験で使用した窒素は、水の規定レベルがわ
ずか3 ppmであるが、他方ＵＨＰのヘリウムははるかに
純粋であり、水の規定レベルが1 ppm以下であった。こ
のことが性能の差を説明できる。
【００２７】本発明は、筐体４を不活性ガスで排気およ
び充填するサイクルを使用することによって、準備時間
を著しく減少させることができ、また不活性ガスの消費
を最小にできることを教示している。これらのフラッシ
ングサイクルを実施した後では、分当たり0.1リットル
の好ましい流量でも、十分な時間にわたって高い透過率
を十分に維持することができる。準備サイクル全体は、
わずか数分しか必要としないので好都合である。さら
に、比較的安価なポンプやより低いコストのシーリング
構成を使用できる。
び充填するサイクルを使用することによって、準備時間
を著しく減少させることができ、また不活性ガスの消費
を最小にできることを教示している。これらのフラッシ
ングサイクルを実施した後では、分当たり0.1リットル
の好ましい流量でも、十分な時間にわたって高い透過率
を十分に維持することができる。準備サイクル全体は、
わずか数分しか必要としないので好都合である。さら
に、比較的安価なポンプやより低いコストのシーリング
構成を使用できる。
【００２８】好ましい実施形態についての以上の説明
は、本発明の範囲を記述することを意味するものではな
い。本発明の範囲は、前記の特許請求の範囲およびそれ
と均等な範囲である。
は、本発明の範囲を記述することを意味するものではな
い。本発明の範囲は、前記の特許請求の範囲およびそれ
と均等な範囲である。
【図１】0.5 mの排気されたビーム経路に沿って伝搬す
る157 nmのビームのビーム経路に沿った残留空気圧への
透過依存性を示す図である。
る157 nmのビームのビーム経路に沿った残留空気圧への
透過依存性を示す図である。
【図２】約157 nmを放射するF2レーザ用のビーム配向シ
ステムの好ましい実施形態を示す図である。
ステムの好ましい実施形態を示す図である。
【図３】ヘリウムガスまたは窒素ガスを用いてパージさ
れた0.5 mのビーム経路に沿って伝搬する157 nmのビー
ムの、それぞれ２つの不活性ガスを用いるフラッシング
回数への透過依存性を示す図である。
れた0.5 mのビーム経路に沿って伝搬する157 nmのビー
ムの、それぞれ２つの不活性ガスを用いるフラッシング
回数への透過依存性を示す図である。
１ リアミラー ２ レーザ放電室 ３ 主電極 ４ 筐体 ６ 外部結合ミラー １０ ガス注入口 １２ ガス排出口 １６ ポンプポート
フロントページの続き (71)出願人 591283936 ラムダ・フィジーク・ゲゼルシャフト・ツ ァ・ヘルシュテルンク・フォン・ラーゼル ン・ミット・ベシュレンクテル・ハフツン グ ＬＡＭＢＤＡ ＰＨＹＳＩＫ ＧＥＳＥＬ ＬＳＣＨＡＦＴ ＺＵＲ ＨＥＲＳＴＥＬ ＬＵＮＧ ＶＯＮ ＬＡＳＥＲＮ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵ ＮＧ ドイツ連邦共和国、37079 ゲッティンゲ ン、ハンス−ベックラー−シュトラーセ 12 (72)発明者 セルゲイ・ヴイ・ゴヴォルコフ アメリカ合衆国、33433 フロリダ、ボ カ・レイトン、ラコスタ・ドライヴ 6315、アパートメント・エム
Claims (44)
- 【請求項１】 加工部品にレーザビームを配向するレー
ザシステムであって、 ガス混合体で充填された放電室と、 分子フッ素を励起するためにパルス放電を発生させるた
めの電源回路に接続された一対の電極と、 レーザビームを発生させるための放電室を取り囲む共振
器と、 筐体であって、レーザが出射するビーム経路の少なくと
も一部を外部の環境からシールし、かつ筐体を排気する
ための低圧力源に接続する排気口ならびにレーザビーム
が前記ビーム経路に沿って伝搬できるようにするために
前記筐体を排気した後に前記筐体内に不活性ガスを流す
ための注入口および排出口を有する筐体と、を備えるこ
とを特徴とするレーザシステム。 - 【請求項２】 前記共振器が外部結合器ならびに少なく
とも１つの高反射ミラーおよび波長選択装置を備えてお
り、前記外部結合器と前記の少なくとも１つの高反射ミ
ラーおよび波長選択装置との間の全ビーム経路も外部環
境からシールされることを特徴とする請求項１に記載の
システム。 - 【請求項３】 加工部品にレーザビームを配向するレー
ザに接続するためのビーム配向システムであって、 レーザが出射するビーム経路の少なくとも一部を外部の
環境からシールする筐体と、 筐体にバルブ接続され、かつ筐体を選択的に排気する低
圧力源に接続された排気口と、 前記筐体を排気した後、前記筐体内に前記不活性ガスを
流すために不活性ガス供給装置に接続された注入口と、 排出口と、を備え、 使用の際、筐体が多数回排気されかつ不活性ガスで再充
填され、その後、筐体内に低レベルの不活性ガスの流れ
が確立されて、その間のレーザエネルギーの透過を向上
させることを特徴とするビーム配向システム。 - 【請求項４】 レーザシステムであって、 ガス混合体で充填された放電室と、 パルス放電を発生させるために電源回路に結合された一
対の電極と、 レーザビームを発生させる放電室を取り囲む共振器と、 レーザシステムのビーム経路を外部の環境からシールす
る手段と、 前記ビーム経路を排気する手段と、 前記ビーム経路を不活性ガスで充填し、前記不活性ガス
を前記ビーム経路に沿って流して前記レーザビームが前
記ビーム経路に沿って伝搬することを可能にする手段
と、を備えることを特徴とするレーザシステム。 - 【請求項５】 レーザビームがF2、ArF、Xe、Kr、Ar、
およびH2レーザの１つによって提供されることを特徴と
する請求項１または３から４のいずれかに記載のシステ
ム。 - 【請求項６】 前記レーザビームがF2レーザによって提
供されることを特徴とする請求項１または３から４のい
ずれかに記載のシステム。 - 【請求項７】 前記低圧力源が荒引きポンプであること
を特徴とする請求項１または３のいずれかに記載のシス
テム。 - 【請求項８】 前記不活性ガスがヘリウム、アルゴン、
ネオン、および窒素から成るガスのグループから選択さ
れることを特徴とする請求項１または３から４のいずれ
かに記載のシステム。 - 【請求項９】 前記筐体に沿って間隔を空けて配置され
た１つ以上の注入口／排出口の対をさらに備えて、前記
筐体内のガス流の均質性を向上させることを特徴とする
請求項１または３のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１０】 前記不活性ガスを前記筐体内に流す前
に、前記排気口および前記注入口でさらに繰り返し前記
筐体を排気すると共に前記ハウジングを前記不活性ガス
で充填することを特徴とする請求項１または３のいずれ
かに記載のシステム。 - 【請求項１１】 筐体が200ミリトル以下の圧力に排気
されることを特徴とする請求項１または３から４のいず
れかに記載のシステム。 - 【請求項１２】 筐体が100ミリトル以下の圧力に排気
されることを特徴とする請求項１または３から４のいず
れかに記載のシステム。 - 【請求項１３】 筐体が50ミリトルと200ミリトルとの
間の圧力に排気されることを特徴とする請求項１または
３から４のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１４】 筐体が約100ミリトルの圧力に排気さ
れることを特徴とする請求項１または３から４のいずれ
かに記載のシステム。 - 【請求項１５】 前記筐体内に前記不活性ガスの連続し
た流れを確立する前に、前記筐体が１回以上排気されか
つ充填されることを特徴とする請求項１または３から４
のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１６】 前記筐体内に前記不活性ガスの連続し
た流れを確立する前に、前記筐体が３回以上排気されか
つ充填されることを特徴とする請求項１または３から４
のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１７】 前記不活性ガスが毎分0.2リットルよ
り小さい流量で流されることを特徴とする請求項１６に
記載のシステム。 - 【請求項１８】 前記筐体内に前記不活性ガスの連続し
た流れを確立する前に、前記筐体が６回以上排気されか
つ充填されることを特徴とする請求項１または３から４
のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１９】 前記不活性ガスが毎分0.2リットルよ
り小さい流量で流されることを特徴とする請求項１また
は３から４のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項２０】 前記不活性ガスが毎分約0.1リットル
より小さい流量で流されることを特徴とする請求項１ま
たは３から４のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項２１】 前記不活性ガスが毎分0.01リットルと
0.2リットルとの間の流量で流されることを特徴とする
請求項１または３から４のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項２２】 前記不活性ガスが水、酸素、および炭
化水素のいずれかの3 ppmより低い純度を有することを
特徴とする請求項１または３から４のいずれかに記載の
システム。 - 【請求項２３】 前記不活性ガスが水、酸素、および炭
化水素のいずれかの2 ppmより低い純度を有することを
特徴とする請求項１または３から４のいずれかに記載の
システム。 - 【請求項２４】 前記不活性ガスが水、酸素、および炭
化水素のいずれかの約1 ppmの純度を有することを特徴
とする請求項１または３から４のいずれかに記載のシス
テム。 - 【請求項２５】 レーザ光をシールされた筐体を介して
目標物に配向する方法であって、 前記筐体を排気するステップと、 前記筐体を不活性ガスで充填するステップと、 前記排気および充填するステップを所定の回数繰り返す
ステップと、 前記筐体内に前記不活性ガスの流れを確立して、前記レ
ーザ光が前記筐体を通過するときレーザ光の吸収を減少
させるステップと、を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項２６】 前記不活性ガスとしてアルゴン、ヘリ
ウム、ネオンおよび窒素の１つを選択するステップをさ
らに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記排気するステップで使用するため
に荒引きポンプを選択するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記レーザ光を提供するためにF2、Ar
F、Xe、Kr、Ar、およびH2レーザの１つを選択するステ
ップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載
の方法。 - 【請求項２９】 前記レーザ光を提供するためにF2レー
ザを選択するステップをさらに備えることを特徴とする
請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３０】 前記排気するステップが前記筐体を20
0ミリトル以下の圧力に排気するステップを備えること
を特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３１】 前記排気するステップが前記筐体を10
0ミリトル以下の圧力に排気するステップを備えること
を特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記排気するステップが前記筐体を50
ミリトルと200ミリトルとの間の圧力に排気するステッ
プを備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３３】 前記排気するステップが前記筐体を約
100ミリトルの圧力に排気するステップを備えることを
特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３４】 ３回を超えるように前記所定の回数を
選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求
項２５に記載の方法。 - 【請求項３５】 前記流れを確立するステップが毎分0.
2リットルよりも小さい流量を選択するステップを備え
ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３６】 ６回を超えるように前記所定の回数を
選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求
項２５に記載の方法。 - 【請求項３７】 前記流れを確立するステップが毎分0.
5リットルよりも小さい流量を選択するステップを備え
ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３８】 前記流れを確立するステップが毎分0.
2リットルよりも小さい流量を選択するステップを備え
ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項３９】 前記流れを確立するステップが毎分0.
1リットルよりも小さい流量を選択するステップを備え
ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項４０】 前記流れを確立するステップが毎分0.
01リットルと0.2リットルとの間の流量を選択するステ
ップを備えることを特徴とする請求項２５に記載の方
法。 - 【請求項４１】 水、酸素、および炭化水素のいずれか
が3 ppmより低い前記不活性ガスの純度を選択するステ
ップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載
の方法。 - 【請求項４２】 水、酸素、および炭化水素のいずれか
が2 ppmより低い前記不活性ガスの純度を選択するステ
ップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載
の方法。 - 【請求項４３】 水、酸素、および炭化水素のいずれか
が約1 ppmより低い前記不活性ガスの純度を選択するス
テップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記
載の方法。 - 【請求項４４】 水、酸素、および炭化水素のいずれか
が約1 ppmの前記不活性ガスの純度を選択するステップ
をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方
法。
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